к вопросу совершенствования методов

На правах рукописи
ПЛАДОВ АНДРЕЙ ВИКТОРОВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОБОСНОВАНИЯ
РАЦИОНАЛЬНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ
ПАРАМЕТРОВ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ
05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Петрозаводск 2007
2
Диссертационная работа выполнена на кафедре технологии и оборудования лесного комплекса Петрозаводского государственного университета.
Научный руководитель
доктор технических наук, профессор
Шегельман Илья Романович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Шиловский Вениамин Николаевич
кандидат технических наук, доцент
Сущук Александр Сергеевич
Ведущая организация
Санкт-Петербургская государственная
лесотехническая академия
Защита состоится «___»______________2007 г. в ____ часов на заседании диссертационного совета Д.212.190.03 при Петрозаводском государственном университете (185910, Республика Карелия,
Петрозаводск, пр. Ленина, д. 33)
С диссертацией можно познакомиться в библиотеке Петрозаводского государственного университета
Автореферат разослан «___»______________2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Поляков В. В.
3
Общая характеристика работы.
Актуальность темы. В числе важнейших особенностей и тенденций в развитии транспорта леса в стране является непрерывное увеличение доли автомобильного транспорта леса и увеличение расстояния
вывозки леса автопоездами. Среднее расстояние вывозки леса с 1987 г.
увеличилось более чем в 1,5 раза. Возрастают объемы транспортировки
леса автопоездами в сортиментах с лесосек или промежуточных складов непосредственно потребителям. При этом транспортная составляющая в себестоимости продукции высока и достигает 45-48 %.
Для лесозаготовительных предприятий возникает задача выбора типов и рациональных эксплуатационных параметров лесовозных автопоездов из всего многообразия, предлагаемого автомобильными заводами
России, Белоруссии, Украины и зарубежных фирм (Сису, Скания,
Вольво и др.) для транспортировки леса в хлыстах и сортиментах, а
также организации работы лесовозного автотранспорта и расчета норм
выработки. При этом, как правило, руководствуются нормативными
скоростями движения без учета особенностей плана и профиля конкретной автодороги. Традиционные методы тяговых расчетов, применяемые на лесовозном транспорте крайне упрощены, не учитывают
многие факторы, влияющие на режимы и скорости движения лесовозных автопоездов и поэтому не дают возможности эффективно решать
указанные задачи ввиду недостаточной точности и достоверности.
Все это резко обостряет необходимость повышения эффективности
работы лесовозного транспорта путем обоснования и выбора рациональных эксплуатационных параметров лесовозных автопоездов для
конкретных автодорог лесозаготовительных предприятий страны, выбора схем вывозки (одноступенчатая, двухступенчатая), прогнозирования эффективности применения конкретных типов автопоездов, определения рациональной рейсовой нагрузки и технико-экономических
показателей работы автопоездов. Таким образом, вопросы совершенствования тягово-эксплуатационных расчетов на основе создания математических моделей и разработки современных средств их решения с
применением ЭВМ, являются своевременными и актуальными.
Цель исследований – повышение эффективности выбора рациональных типов и эксплуатационных параметров лесовозных автопоездов для конкретных автодорог на основе применения методов тяговоэксплуатационных расчетов, позволяющих моделировать движение
лесовозных автопоездов и определять рациональные параметры их
движения.
4
Методы исследований: методы классической механики, аналитической механики и математического моделирования, методы математической статистики, математического программирования, вычислительные эксперименты на ЭВМ, натурные эксперименты, фотохронометраж.
Объект исследования: автопоезда отечественных и зарубежных
фирм, применяемые на вывозке леса предприятиями Северо-Запада
России, процессы их движения по дорогам, традиционные и новые методы тягово-эксплуатационных расчетов лесовозного автотранспорта.
Научная новизна. Получены новые теоретические зависимости для
расчета показателей неустановившегося движения лесовозных автопоездов с учетом изменения тягового усилия с изменением скорости движения, наличия инерционных сил, непрерывного изменения сопротивления движению на вертикальных кривых, дополнительного сопротивления на горизонтальных кривых, изменения основного сопротивления
движению с изменением скорости, сопротивления движению от воздушной среды, а также всех факторов, учитываемых традиционными
методами расчетов, для всех возможных режимов движения лесовозных
автопоездов. Разработан номографический и усовершенствован табличный метод тяговых расчетов для определения показателей неустановившегося движения лесовозных автопоездов. Сформирована электронная база данных по основным типам лесовозных автопоездов.
Практическая значимость. Разработанные методы эффективны
при обоснования и выборе рациональных эксплуатационных параметров лесовозных автопоездов для конкретных автодорог, метод расчета
показателей движения лесовозных автопоездов и база данных при проектировании и реконструкции дорог обеспечивают повышение качества
проектных решений, при планировании и расчете эксплуатационных
показателей работы автотранспорта, выборе оптимального типа автопоезда для конкретных условий эксплуатации обеспечивают повышение
технико-экономических показателей лесовозного автотранспорта. Повышается эффективность выбора перспективных типов автопоездов,
схемы вывозки (одноступенчатая, двухступенчатая) и других задач.
Разработанные методы расчетов могут быть использованы в проектных
организациях, непосредственно на лесозаготовительных предприятиях
для решения указанных задач, а также в учебном процессе в вузах лесотехнического профиля.
Достоверность научных результатов обеспечена вычислительным
и натурным экспериментом по определению расчетных и фактических
параметров движения лесовозных автопоездов и обработкой результатов экспериментов методами математической статистики.
5
На защиту выносятся:
 математические зависимости и модели для расчета показателей
движения лесовозных автопоездов (скорость, время движения, расход
топлива, номер передач) во всех диапазонах движения (при работе двигателя на внешней характеристике, частичной характеристике, движении накатом, торможением двигателем или моторным тормозом и колесными тормозами).
 методика расчета и построения графиков скорости и режимов
движения лесовозных автопоездов с использованием полученных зависимостей табличным и номографическим методами.
 алгоритм расчета показателей движения лесовозных автопоездов.
 новые зависимости, полученные при расчетно-экспериментальных
исследованиях показателей движения лесовозных автопоездов.
 рекомендации для выбора типов и параметров лесовозных автопоездов для конкретных автодорог, позволяющие моделировать и определять рациональные параметры движения автопоездов.
Реализация работы. Результаты исследований использованы в
предприятиях Карелии для выбора типов автопоезда при переходе с
заготовки и вывозке леса в хлыстах на заготовку и вывозку в сортиментах. В ЗАО «Шуялес» обоснованы нормы выработки на лесовозные автопоезда, определен оптимальный состав парка автопоездов и их оптимальная грузоподъемность. Разработанные методы и программа расчетов внедрены в учебном процессе лесоинженерного факультета Петрозаводского государственного университета.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
были представлены на межд. форуме «Лесопромышленный комплекс
России XXI века» (2002), на межд. науч.-техн. конф. «Новые информационные технологии в ЦБП и энергетике» (Петрозаводск: 2000, 2004,
2006 г.), межд. конф. «Новые технологии и устойчивое управление в
лесах Северной Европы» (ПетрГУ, 2001), на межд. науч.-практ. конф.
«Технологии, машины и производство лесного комплекса будущего»
(Воронеж, 2004), на республиканских научн.-практ. конф. (Петрозаводск, 2000, 2003, 2006, 2007 гг.), на семинарах КарНИИЛПКа (20052007 г.), на расширенном заседании кафедры Технологии и оборудования лесного комплекса ПетрГУ (2007 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 печ. работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
восьми разделов, выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 190 с, включая рисунки, таблицы
и приложения. Список литературы содержит 152 наименования.
6
Содержание работы.
В первом разделе приведен обзор исследований в области повышения эффективности лесовозного автомобильного транспорта леса, выполненных Я. С. Агейкиным, В. И. Алябьевым, Ю. С. Андриановым,
М. И. Андрюшиным, Г. М. Анисимовым, М. Г. Беккером, Б. М. Большаковым, А. Н. Борозной, В. С. Волковым, Л. Д. Дараганом, А. В. Жуковым, В. А. Горбачевским, Г. Ф. Греховым, Б. А. Ильиным, М. И. Кишинским, П. Д. Клычковым, М. М. Коруновым, В. М. Котиковым,
А. Н. Кочановым, А. М. Кочневым, Б. И. Кувалдиным, М. И. Куликовым, В. К. Курьяновым, Р. П. Лахно, А. П. Ливановым, В. П. Немцовым, В.А. Носиковым, В. Ф. Платоновым, Л. А. Рогалюком, Э. О. Салминеным, В. И. Скрыпником, С. И. Сушковым, С. А. Сыромятниковым, М. Удовиченко, Е. А. Фроловым, М. Чуприяновым, И. Р. Шегельманом и др. учеными.
Несмотря на фундаментальные работы предшественников задача
повышения эффективности выбора рациональных типов и эксплуатационных параметров лесовозных автопоездов для конкретных автодорог
на основе применения методов тягово-эксплуатационных расчетов,
позволяющих моделировать движение лесовозных автопоездов и определять рациональные параметры их движения, не решена. Все это обусловило необходимость обоснования методов выбора типов лесовозных
автопоездов и их рациональных эксплуатационных параметров для
конкретных автодорог при повышении их точности, адекватности и
снижении трудоемкости работ.
Во втором разделе рассмотрены математические модели и алгоритмы программ расчета скоростей движения, применяемые при проектировании автомобильных дорог и автомобилей, оценке их эксплуатационных показателей на дорогах общего пользования и на промышленном транспорте. Для расчета показателей движения лесовозных автопоездов были поставлены задачи: определение на основе решения дифференциального уравнения движения зависимостей для расчета показателей движения лесовозных автопоездов во всех режимах; определение
необходимых эмпирических зависимостей и коэффициентов, описывающих характеристики лесовозных автопоездов и условия взаимодействия автомобиля и дороги; разработка методов тяговых расчетов, учитывающих основные факторы, влияющие на показатели неустановившегося движения, и в то же время удобных и приемлемых по времени
исполнения при пользовании номограммами и таблицами; разработка с
использованием полученных зависимостей алгоритма, моделирующего
эксплуатационные режимы движения лесовозных автопоездов и со-
7
ставление соответствующих алгоритмов и программ для ПЭВМ; экспериментальная проверка.
В третьем разделе рассматриваются вопросы моделирования движения лесовозного автопоезда, носящего неравномерный характер
вследствие чередования элементов продольного профиля и плана дороги, ограничений скорости движения, изменения тягового усилия с изменением скорости, изменения величин сопротивления качению и сопротивления от воздушной среды с изменением скорости и других факторов. Дифференциальное уравнение движения лесовозного автопоезда,
как известно, можно представить в следующем виде:
G dv
C
S ,
(1)
F  v
 G  Gi  G г  kv 2  G
g dS
Rг
Rв
где  – основное сопротивление движению, Н/Н; i – продольный
уклон, Н/Н; G – вес автопоезда, Н; Cг – постоянная для определенного
типа подвижного тягового состава величина, определяемая экспериментально, Н·м/Н; Rг – радиус горизонтальной кривой, м;  – коэффициент учета инерции вращающихся масс; k – приведенный коэффициент
сопротивления воздушной среды, Н·с2/м2;  – лобовая площадь автопоезда, м2;  – коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление воздушной среды от прицепов; S – пройденный путь от начала вертикальной кривой, м; Rв – радиус вертикальной кривой, м.
Доказано, что с достаточной точностью аппроксимация тяговой характеристики автомобиля с механической трансмиссией во всем диапазоне оборотов двигателя достигается зависимостями FT  a  bv2 .
Определены зависимости указанных видов для основных типов лесовозных автопоездов. Основное сопротивление движению  возрастает с изменением скорости движения     b2 v 2 . Обозначив k    b1 ,
B  b  b1  b2G , A  a   G  i G  G C г   G ;

G 1
   e
R C
Bv  A 
2
e   .

 1  S  .

A  Bv02
 CS
CS
Rг
C
2 Bg
.
G
(2)
(3)
В зависимостях (2-3) знаки в верхней строке принимаются при аппроксимации кривой тяговой характеристики в диапазоне скоростей от
минимально допустимой до соответствующей максимальному крутящему моменту, знаки в нижней строке – в диапазоне скоростей от соот-
8
ветствующей максимальному крутящему моменту до максимальной
мощности. В формулах (2-3) для выпуклых вертикальных кривых радиус принимается со знаком «+», для вогнутых – со знаком «-». При расчете скорости движения на прямолинейных в профиле участках дороги
расчетные зависимости упрощаются, так как при R   в расчетных
зависимостях упраздняются члены, включающие радиус горизонтальной кривой.
Для определения времени и скорости движения при тех же предпосылках, при которых выведена формула (1), получены следующие зависимости:
При А и В, имеющих различные знаки
A  v0 B 
G 
A v B
(4)
t
 ln
ln
,
g 2 AB 
A v B
A  v0 B 
v
e
(t  C ) / k

1 A
(t  C ) / k
,
C  ln
A  v0 B
B (e
 1)
A  v0 B
При А и В, имеющих одинаковые знаки
.
(5)
B
B
,
(6)
 k  2 arg tgv0
A
A
 t
G
B
k.
(7)
v  tg 
 arg tgv0
,
A 
g 2 AB
 k  2
На участках вертикальных кривых в связи с непрерывным изменением уклона изменяется суммарное сопротивление движению, при этом
на выпуклых вертикальных кривых сопротивление непрерывно уменьшается, а на вогнутых возрастает. В связи с этим на выпуклых вертикальных кривых скорость движения снизившись до определенной величины, может начать возрастать, а на вогнутой, возрастая, достигнув
максимального значения, может начать снижаться.
Для условий движения на вертикальной выпуклой кривой расстояние до точки экстремума скорости
1
(8)
S  ln D Bv 2  A  1 .
D
2 BRв g
R
В зависимости (8) D 
C в .
2
G
G 
Для определения скорости движения на любом расстоянии от точки
экстремума используется зависимость
(9)
Bv2  Aэ   s .
t  k  2 arg tgv

 
9
В работе доказано, что значения  , определяемые по формуле (3)
или берущиеся из таблиц   f (S ) с достаточной для практических
расчетов точностью аппроксимируется зависимостью
(10)
   S2 .
С использованием зависимости (10) можно определить расстояние
S , пройденное автопоездом от точки экстремума до достижения автопоездом заданной скорости vk без использования таблиц. Для этого по
формуле (9) определяется величина  . Искомое расстояние определяется по формуле S 
 R
.
 1000
По общепринятой методике ограничения скорости по условиям видимости рассчитываются без учета влияния вертикальных кривых на
показатели движения лесовозного автопоезда, которое может быть
очень значительно, а также условно принимается, что торможение производится только колесными тормозами, тогда как снижение скорости
производится, как правило, совместным торможением двигателем или
моторным тормозом и колесными тормозами.
Исходя из зависимости (1) при Bvk2  0 , получаем
vогр 
Аст   Аст    еs  s1 
,
BT
(11)
где S – расстояние видимости, м; S1 – расстояние от места остановки
автопоезда до препятствия на дороге, м.
Aст  аT   сц G k  iG  G ,
(12)
где  сц – коэффициент сцепления; k – коэффициент, учитывающий
неполноту и несвоевременность торможения.
Выведены и приведены в работе также расчетные зависимости для
определения расстояния на прямолинейных в профиле участках и на
участках вертикальных кривых до точки, начиная с которой автопоезд
должен начинать торможение двигателем или моторным тормозом с
тем, чтобы не превысить допускаемую скорость в начале следующего
участка.
Для автомобилей с гидромеханической трансмиссией получены
расчетные зависимости для определения показателей движения при
условии аппроксимации кривых тяговых характеристик гиперболическими зависимостями первой и второй степени. Для облегчения и уско-
10
рения вычислений с использованием сложных зависимостей разработан
табличный метод расчета; в работе приведены соответствующие таблицы.
Для ускорения расчетов по определению показателей движения лесовозных автопоездов разработан номографический способ расчетов.
Для построения номограммы (рис. 1) используется уравнение (1) в
виде:
A  B v02
(13)
.
eCS
Для прямолинейных в профиле участков (при   0 ) с использованием
номограмм можно определить скорость vk в конце участка длиной S, исходя из начальной скорости v0 , или расстояние, которое пройдет автопоезд при изменении скорости от v0 до vk . При определении показателей
движения на вертикальных кривых решаются те же задачи, но для определения  используется дополнительная номограмма   f (S ) .
A  B vk2 
A  B v02
eCS
Рис. 1. Номограмма для расчета скорости движения
автопоезда МАЗ-509+ТМЗ-803
В четвертом разделе описывается разработанная методика расчета
показателей движения лесовозных автопоездов и определение показателей движения аналитическим методом с использованием выведенных
зависимостей. Приведены примеры расчета показателей движения ле-
11
совозных автопоездов на дорогах лесозаготовительных предприятий и
дорогах общего пользования.
В пятом разделе приведен алгоритм расчета показателей неустановившегося движения лесовозных автопоездов на ЭВМ. Описанные методы тяговых расчетов позволяют эффективно решать многие задачи с
учетом факторов, недоступных при традиционных методах.
Исходная информация делится на три группы. Первая группа вводится при каждом решении: начальные условия (начальная скорость,
расстояние от начала дороги до точки от которой начинаются расчеты),
параметры по дороге в целом (основное сопротивление движению, коэффициент сцепления, коэффициент бокового сдвига, коэффициент
торможения, а также наиболее часто меняющаяся характеристика автопоезда (коэффициент сцепного веса). Вторая группа характеризует продольный профиль и план дороги для каждого отдельного участка (расстояние до конца участка, уклон, радиусы горизонтальных и вертикальных кривых, ограничения скорости, налагаемые директивно). К третьей
группе относятся показатели, которые зависят только от типа автопоезда и сформированы в качестве нормативно-справочной информации
(часовой расход топлива на малых оборотах холостого хода; для каждой передачи коэффициент учета инерции вращающихся масс δ, максимальная и минимальная скорости на каждой передаче, коэффициенты
a и b; aT и bT зависимостей, аппроксимирующих кривые тяговых и тормозных характеристик автомобилей, а также коэффициенты a0, a1, a2
зависимостей, аппроксимирующих кривую часового расхода топлива
скоростных характеристик двигателя и др.).
Алгоритмом предусмотрен расчет ограничений скорости, обусловленных величиной сцепления на горизонтальных кривых, центростремительным ускорением на вертикальных вогнутых кривых и расстоянием видимости на вертикальных выпуклых кривых и на горизонтальных кривых в закрытой местности, и др., а также учет ограничений заданных директивно. Скорость движения в режимах с двигателем, работающим на внешней и частичной характеристике, торможении двигателем, моторным тормозом или колесными тормозами рассчитывается по
формуле (1).
Определяется необходимость снижения скорости, если на следующем отдельном участке имеется ограничение. Если этой необходимости
нет, производится расчет скорости на Nой передаче. При этом если скорость достигла максимальной величины для Nой передачи и на (N+1)ой
так же будет возрастать, то дальнейший расчет ведется для (N+1)ой передачи. Если же скорость на Nой передаче падает, то после снижения
12
скорости до заданной величины дальнейший расчет ведется на N-1ой
передаче. В обоих случаях за время переключения передач расчеты показателей движения производятся в режиме движения накатом. Кроме
того, производится проверка на целесообразность переключения передач, так если до конца участка, где скорость снижается, осталось незначительное расстояние, а увеличение на следующем обеспечено на Nой
передаче, то при переключении передач общее время движения на
участке может увеличиться. Момент начала торможения и процесс
снижения скорости к участкам ограничения с учетом необходимой интенсивности торможения рассчитывается в режиме торможения двигателем, моторным тормозом или колесными тормозами. Если на участке
ограничения скорость при полном использовании мощности растет,
определяется степень использования мощности двигателя, необходимая
для поддержания постоянной скорости.
Если для этого необходимо торможение двигателем или моторным
тормозом, то рассчитываются показатели движения в этих режимах.
Если поддержание заданного режима движения на участках ограничения при торможении двигателем или моторным тормозом на определенной передаче невозможно, то дальнейший расчет ведется для условий движения на более низкой передаче. При этом вначале рассчитываются показатели движения при снижении скорости торможением колесными тормозами до максимально допустимой для Nой передачи.
Предусмотрено определение расхода топлива при неустановившемся движении (разгон, замедление), при установившемся – с учетом степени использования мощности двигателя, а также при торможении двигателем, в режиме принудительного холостого хода. Предусмотрен расчет показателей движения в прямом и обратном направлении при вводе
информации по дороге в одном направлении. Результаты расчетов выводятся на монитор и распечатываются на принтере. Это пройденный
путь, скорость движения, время движения, расход топлива, номер используемых передач, режим движения, а также скорость ограничения
на участке, продольный уклон дороги, радиусы вертикальных и горизонтальных кривых. Кроме вывода результатов решения в табличном
виде предусмотрен вывод результатов решения в виде графика как на
мониторе и на принтере (рис. 2 ).
13
Рис. 2. График скоростей и режимов движения автопоезда МАЗ63171+ТМЗ-8966-015 (движение в грузовом направлении)
На графике скорости, времени и режимов движения нанесены профиль дороги, отмечены уклоны, их протяженность, вертикальные и горизонтальные кривые, их длина, нанесена линия расчетных скоростей,
указаны ограничения скорости, номера используемых передач, режимы
движения, протяженность участков, время движения, расход топлива.
Решение в графическом виде обеспечивает наглядность результатов и
облегчает их анализ, дает возможность при проведении многовариантных расчетов быстро выбрать рациональный вариант при оценке различных вариантов трассы и профиля проектируемых дорог по эксплуатационным,
технико-экономическим показателям и безопасности движения.
Шестой раздел посвящен расчетно-экспериментальным исследованиям режимов движения лесовозных автопоездов. На участках дороги,
для которых имелся исполненный продольный профиль, при движении
лесовозных автопоездов фиксировались скорость и время движения,
пройденный путь, номера используемых передач КПП, режимы движения: движение при работе двигателя с полным и неполным использованием мощности (внешняя и частичная характеристика), движение
накатом, при торможении двигателем, моторным тормозом, колесными
тормозами. При фиксации показателей движения и обработки полученных материалов с помощью видеоаппаратуры видеокамерой снимались
показания спидометра; другие показатели (номер передачи, включение
14
моторного тормоза, торможение двигателем, колесными тормозами,
время прохождения контрольных участков пройденного пути) фиксировались из звукового сопровождения. Результаты видеосъемки оцифровывались на компьютере, через каждую секунду определялась скорость движения, затем для каждой зафиксированной отметки времени
определяется пройденный путь в (м).
Для участков, где исполненный продольный профиль отсутствует,
высотные отметки, скорость и время движения, пройденное расстояние
определялось с использованием системы GPS.
Для участков, на которых производились эксперименты, определялись показатели движения и строились графики расчетных (полученных с использованием разработанной программы и по методу равновесных скоростей) и зарегистрированных скоростей и режимов движения. Их анализ показал, что они имеют хорошую сходимость по характеру изменения скоростей и режимов движения и используемых передач. Максимальные отклонения расчетных скоростей движения от фактических при расчете по программе не превышают 6 %, а по методу
равновесных скоростей до 40 %. Проверка по критерию Фишера показала, что модель расчета скорости движения, заложенная в алгоритм
программы, адекватна; результаты, полученные по методу равновесных
скоростей неадекватны фактическим.
В седьмом разделе приведены результаты внедрения и техникоэкономических исследований. Показана возможность применения разработанных методов расчета показателей движения лесовозных автопоездов при решении различных технико-экономических задач. Исследования показали, что при работе на дорогах лесозаготовительных предприятий при расстоянии вывозки до 60–70 км из серийно выпускаемых
автопоездов наиболее эффективным является автопоезд ТМ-45-02.
Наибольшую и практически одинаковую производительность имеют
перспективный автопоезд на базе МАЗ-631708-241 и Урал-Ивеко
633920, однако ввиду высокой стоимости последнего удельные эксплуатационные и приведенные затраты выше в 1,2–1,3 раза. При расстояниях свыше 70 км конкурентоспособен автопоезд на базе МАЗ-630308226, работающий по схеме двухступенчатой вывозки (с заездом на лесосеку только автомобиля). Доказана эффективность применения автопоездов на базе автомобиля КамАЗ-58228, но с двигателем Евро-2
мощностью 264,7 кВт (360 л. с.) вместо применяемого в 191,2 кВт (260
л. с.).
При вывозке леса потребителям непосредственно с лесосеки в реальных условиях эксплуатации (расстояние вывозки 80-400 км) наибо-
15
лее эффективен перспективный автопоезд на базе автомобиля МАЗ631708-241. При вывозке леса с промежуточных складов при расстоянии свыше 200 км по производительности конкурентоспособен автопоезд на базе МАЗ-630808-226, но при этом удельные эксплуатационные
и приведенные затраты выше на 8–10 %.
Основные выводы и рекомендации
1. Анализ показал, что традиционные методы тяговых расчетов, применяемые для выбора типов и параметров движения лесовозных автопоездов, не удовлетворяют возросшим требованиям к точности, достоверности и оперативности их выполнения и требуют совершенствования с
использованием современных математических методов и ЭВМ.
2. Разработанные математические модели позволяют учесть большее количество факторов, влияющих на показатели движения лесовозных автопоездов, чем традиционные методы расчета, в частности, изменение тягового усилия и основного сопротивления движению (сопротивления качению) с изменением скорости движения, наличия инерционных сил, непрерывного изменения сопротивления движению от
уклона на вертикальных кривых, сопротивление движению от кривой в
плане, сопротивление движению от воздушной среды, а также все факторы, учитываемые при традиционных методах расчета. Указанные
математические модели дают возможность определять скорость и время
движения во всех режимах (при работе двигателя на внешней характеристике, на частичной, в режиме движения накатом, торможения двигателем, моторным тормозом или колесными тормозами).
3. Разработаны аналитические зависимости, аппроксимирующие тяговые и тормозные характеристики и кривые расхода топлива скоростной характеристики двигателя для всех основных типов современных
лесовозных автопоездов и перспективных моделей автопоездов. Создана электронная база данных, включающая аппроксимирующие зависимости и технические характеристики лесовозных автопоездов для использования в программе расчета показателей движения лесовозных
автопоездов, а также таблицы для облегчения и ускорения проведения
расчетов аналитическим методом.
4. С использованием разработанных математических моделей составлены алгоритм и программа для ПЭВМ, моделирующие движение
лесовозных автопоездов во всех возможных режимах с учетом всех
основных факторов, влияющих на показатели движения, а также разработаны номографические, табличные и аналитические методы расчетов.
16
5. Проведенные расчетно-экспериментальные исследования позволили на основе сравнения фактических (зарегистрированных) и рассчитанных по программе графиков скоростей и режимов движения дать
оценку точности и достоверности полученных результатов. В среднем
расхождение между фактическими и расчетными показателями составило 4,8 %. Коэффициент корреляции для различных участков варьировался от 0,93 до 0,7. Проверка на адекватность по критерию Фишера
показала, что графики расчетных и фактических скоростей адекватны.
В то же время результаты расчетов скорости и времени движения,
определенные по методу равновесных скоростей неадекватны фактическим.
6. Для вывозки леса на нижние склады и пункты погрузки лесозаготовительных предприятий на расстояние до 60 км рекомендуются автопоезда ТМ-45-02 на шасси автомобиля КамАЗ-53228, при больших расстояниях (в диапазоне до 150 км) автопоезда на базе МАЗ-630308-226 с
трехосных прицепом при работе по первой схеме двухступенчатой вывозки (с отцепкой прицепа в точке примыкания уса). Расчеты показывают, что при применении перспективного автопоезда на базе МАЗ631708-241 (колесная формула 6х6, мощность двигателя 294,4 кВт) в
сравнении с современными серийно выпускаемыми автопоездами производительность повысится на 41–22 % в зависимости от расстояния
транспортировки. Для вывозки леса непосредственно потребителям с
промежуточных складов лесозаготовительных предприятий рекомендуется применение автопоезда на базе МАЗ-630308-226, с использованием
на первой ступени вывозки (до промежуточных складов автопоездов
ТМ-45-02 или Урал-4320-1912+ТМЗ-8966-010). В перспективе наиболее
эффективно использовать для этих целей автопоезда на базе МАЗ631708-241 с трехосным или четырехосным прицепом при вывозке леса
непосредственно с лесосеки.
7. Проведенные путем моделирования движения расчеты показали,
что при оснащении автомобилей Камского завода двигателями мощностью 264,7 кВт (360 л. с.) вместо 191,2 квт (260 л. с.) в составе автопоезда вместо двухосного может применяться трехосный прицеп (например, ТМЗ-8966-015) с повышением грузоподъемности с 33 до 42,1 м 3.
Расчеты показывают, что несмотря на увеличение массы автопоезда
почти на 9 тонн, скорость автопоезда возрастет на 9-10 %. При этом в
зависимости от расстояния транспортировки возрастает на 18-30, а приведенные затраты ниже на 12-14 %.
8. Исследования показали, что в ближайшей перспективе для повышения технико-экономических показателей работы лесовозного авто-
17
транспорта следует организовать производство лесовозных автопоездов на базе
автомобилей КамАЗ с двигателем мощностью 264,7 кВт (360 л. с.) и
колесной формулой 6×6 и лесовозного автопоезда на базе МАЗ-631708241 с мощностью 294,4 кВт (400 л. с.), с колесной формулой 6×6. Эксплуатация автопоездов на базе этих автомобилей с 3-х и 4-х осными
прицепами позволит повысить производительность на вывозке леса,
организовать вывозку на нижние склады лесозаготовительных предприятий и потребителям, как правило, непосредственно с лесосек без
перегрузок на промежуточных складах. В сравнении с автопоездами на
базе МАЗ-630308-241 и ТМ-45-02 в сопоставимых условиях применение этих автопоездов позволит снизить эксплуатационные и приведенные затраты в среднем на 22 % или на 20–25 рублей/м3. Экономический
эффект в типичных условиях эксплуатации при годовой выработке 20
тыс. м3 составит 400 тыс. рублей на автопоезд.
Основное содержание диссертации опубликовано в работах:
1. Пладов А. В. Методика обоснования рациональных параметров
лесовозных автопоездов / А. В. Пладов. – Петрозаводск: ПетрГУ, 2006.
– 13 с. – Деп. в ВИНИТИ 21.11.2006, № 1438-В2006.
2. Шегельман И. Р. Моделирование движения лесовозных автопоездов на ПЭВМ / И. Р. Шегельман, В. И. Скрыпник, А. В. Пладов,
А. Н. Кочанов, В. А. Кузнецов. – Петрозаводск: ПетрГУ, 2003. – 234 с.
3. Пладов А. В. Модели оптимизации технологических процессов для
вертикально ориентированных структур лесной промышленности / А. В.
Пладов, И. Р. Шегельман, А. В. Кузнецов // Моделирование процессов в
лесной промышленности: Сб. науч. трудов. – Петрозаводск: КарНИИЛП,
2001. – С. 5-10.
4. Пладов А. В. Оценка расхода топлива при неустановившемся
движении автомобиля (автопоезда) / А. В. Пладов, В. И. Скрыпник //
Современные проблемы развития лесопромышленных производств:
Науч. труды № 6. – Петрозаводск: КРИА, 2001. – С. 51-61.
5. Пладов А. В. Совершенствование расчетов при обосновании
средств автомобильного транспорта леса / А. В. Пладов, В. И. Скрыпник // Научно-методические проблемы лесопромышленного комплекса:
Сб. науч. трудов. – Петрозаводск: КарНИИЛП, 2000. – C. 32-38.
6. Пладов А. В. База данных о транспортных средствах для хлыстов
и сортиментов / А. В. Пладов, И. Р. Шегельман // Современные проблемы лесного комплекса: Сб. науч. трудов. – Петрозаводск: КарНИИЛП, 2000. – C. 3-13.
18
7. Пладов В. А. Оптимизация процессов вывозки различных видов
древесного сырья от лесосеки до потребителя / В. А. Пладов, И. Р. Шегельман, В. А. Кузнецов, В. И. Скрыпник // Современные проблемы
лесного комплекса: Сб. науч. трудов. – Петрозаводск: КарНИИЛП,
2000. – C. 13-19.
8. Пладов А. В. Подсистема оптимизации лесотранспортных работ
на лесозаготовках / А. В. Пладов, И. Р. Шегельман, В. А. Кузнецов,
В. И. Скрыпник // Актуальные проблемы лесного комплекса: Науч.
труды № 5. – Петрозаводск: КРИА, 2001. – С. 39-47.
9. Пладов А. В. Моделирование движения лесовозных автопоездов с
использованием ПЭВМ / А. В. Пладов, И. Р. Шегельман, В. И. Скрыпник // Труды ЛИФа ПетрГУ. Петрозаводск: ПетрГУ, 2003. – С. 164-168.
10. Пладов А. В. Аналитический метод расчета показателей движения лесовозных автопоездов / А. В. Пладов, И. Р. Шегельман, В. И.
Скрыпник // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии,
вып. 178. – СП.: СПбГЛТА, 2006. – С. 158-166.
Материалы и тезисы конференций:
11. Пладов А. В. К разработке системы оптимизации технологий и
организации лесозаготовительных работ / А. В. Пладов // Новые информационные технологии в ЦБП и энергетике: Материалы IV межд.
науч.-техн. конф. – Петрозаводск: ПетрГУ, 2000. – С. 58-59.
12. Пладов А. В. К проблеме выбора рациональных комплектов
машин для лесозаготовок / А. В. Пладов // Устойчивое развитие региона: лесопромышленный комплекс: Тез. докл. республ. науч.-практ.
конф. – Петрозаводск: КарНИИЛП, 2000. – С. 27.
13. Пладов А. В. О взаимосвязях основных и подготовительных
работ на лесозаготовках / А. В. Пладов // Совершенствование техники,
технологии и организации лесопромышленных производств: Тез. докл.
2 науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов и соискателей лесного комплекса Республики Карелия. – Петрозаводск: ПетрГУ, 2000. – C.
16-17.
14. Пладов А. В. Моделирование заготовительно-транспортных работ на лесозаготовках / А. В. Пладов // Новые технологии и устойчивое
управление в лесах Северной Европы: Тез. докл. межд. конф. посвященной 50летию ЛИФа ПетрГУ. – Петрозаводск: ПетрГУ, 2001. – C. 101.
15. Пладов А. В. Анализ технологических процессов лесозаготовок
на базе отечественных и импортных машин / А. В. Пладов, И. Р. Шегельман // Лесопромышленный комплекс России XXI века: Тез. докл.
межд. форума. – СПб, 2002. – С. 141-142.
16. Пладов А. В. Номограммы для расчета скорости и времени дви-
19
жения лесовозного автопоезда / А. В. Пладов // Новые технологии и
устойчивое развитие в лесах Карелии: Тез. докл. республ. науч.-практ.
конф. молодых ученых, аспирантов и соискателей. – Петрозаводск:
КРИА, 2003. – С. 28.
17. Пладов А. В. Программа расчета показателей движения лесовозных автопоездов / А. В. Пладов, В. И Скрыпник, С. Б. Перхуров,
Ю. В. Фадеев // Новые технологии и устойчивое развитие в лесах Карелии: Тез. докл. респ. науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов и
соискателей. – Петрозаводск: ПетрГУ, 2003. – С. 17.
18. Пладов А. В. Табличный метод расчета показателей движения
лесовозного автопоезда с гидромеханической трансмиссией / А. В.
Пладов // Новые технологии и устойчивое развитие в лесах Карелии:
Тез. докл. респ. науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов и соискателей. – Петрозаводск: КРИА, 2003. – С. 23.
19. Пладов А. В. Методы моделирования движения лесовозных автопоездов / А. В. Пладов, И. Р. Шегельман, В. И. Скрыпник, и др. //
Технологии, машины и производство лесного комплекса будущего: Материалы Межд. науч.-практ. конф. Ч. 2. – Воронеж: ВГЛТА, 2004. – С. 221-223.
20. Пладов А. В. Методы моделирования движения лесовозных автопоездов / А. В. Пладов, В. И. Скрыпник, В. А. Кузнецов // Новые информационные технологии в ЦБП и энергетике: Материалы V межд.
науч.-техн. конф. – Петрозаводск, 2004. – С. 111.
21. Пладов А. В. Решение задачи моделирования неравномерного
движения лесовозного автопоезда / А. В. Пладов // Развитие производительных сил Республики Карелия: Материалы респ. науч.-практ. конф.
– Петрозаводск: ПетрГУ. 2006. – C. 25-27.
22. Пладов А. В. Совершенствование технологии и организации
вывозки леса автопоездами / А. В. Пладов, И. Р. Шегельман // Развитие
производительных сил Республики Карелия: Материалы респ. науч.практ. конф. – Петрозаводск: ПетрГУ. 2006. – C. 38-39.
23. Пладов А. В. Совершенствование процессов обоснования и выбора рациональных эксплуатационных параметров лесовозных автопоездов / А. В. Пладов // Новые информационные технологии в ЦБП и
энергетике: Материалы VII межд. науч.-тех. конф. – Петрозаводск. ПетрГУ, 2006. – С. 70-71.
24. Пладов А. В. Теоретические и экспериментальные исследования эксплуатационных параметров лесовозных автопоездов / А. В. Пладов // Структурная перестройка лесного комплекса Республики Карелия: Материалы респ. науч.-практ. конф. – Петрозаводск: ПетрГУ, 2007.
– C. 10-12.
20
Подписано в печать 19.04.07.
Формат 60× 84 1/16 Бумага офсетная.
Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Изд. № 118.
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Отпечатано в типографии Издательства ПетрГУ
185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33