VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Цель разработки математических моделей лесотранспортных потоков была вызвана изменением в структуре потребления древесины лесными предприятиями различной направленности. При этом они должны удовлетворять ряду критериев: социальному, технико-экономическому, энергетическому, экологическому, эргономическому, эстетическому и др.

Разработка методов определения показателей критериев ведется на основе классификации транспортно-эксплуатационных свойств автомобильных дорог. Такая классификация, выполненная В.В. Сильяновым на основе исследований А.К. Бируля, В.Ф. Бабкова, В.К. Некрасова и других отечественных и зарубежных исследователей, которые включают четыре группы показателей.

Первая группа показателей, характеризует параметры движения транспортных потоков - интенсивность, состав и объем движения, пропускная способность дороги, скорость движения и время хода автотранспортных средств.

Вторая группа показателей характеризует транспортно- эксплуатационные качества дорожной одежды - прочность дорожной одежды и земляного полотна, шероховатость и ровность дорожного покрытия, коэффициент сцепления, работоспособность дорожной одежды.

Третья группа показателей - эксплуатационные параметры дороги: надежность, проезжаемость, срок службы дороги, относительная аварийность; коэффициенты аварийности и безопасности, расстояние видимости.

Четвертая группа показателей - экономические: себестоимость вывозки.

Ряд исследователей обосновал другой путь оценки качества проектных решений - по эпюрам транспортно-эксплуатационных показателей; по эпюрам скорости и коэффициентов аварийности и безопасности; по эпюрам уравнений загрузки и пропускной способности; по эпюрам обеспеченности расчетной скорости в различные расчетные периоды года. Эпюры позволяют выявлять неблагоприятные участки по пикам соответствующих показателей, превосходящие нормативные пределы.

Основываясь на изложенном можно заключить, что оценка качества проектных решений для первичной вывозки может выполняться как по интегральным критериям (технико-экономические показатели эффективности капитальных вложений, общий расход топлива при вывозке, суммарные выбросы в атмосферу загрязняющих веществ в составе отработавших газов двигателей и т.п.), так и по дифференциальным (отнесенным к одному пикету) показателям: эпюрам скорости, расхода топлива, эмиссии и концентрации токсичных веществ, транспортной составляющей себестоимости перевозок и т.п.[1].

В основе моделирования процессов функционирования лесовозного автомобильного транспорта лежит анализ основополагающей системы эксплуатации автомобильных дорог «Водитель - автомобиль - дорога - окружающая среда (ВАДС)», которая включает ряд подсистем. Теоретические основы моделирования первичной вывозки лесоматериалов дали возможность нормировать элементы дорог на основе закономерностей движения одиночного автомобиля с расчетной скоростью. Качество обоснования принятых решений считалось удовлетворительным, если соблюдались требования строительных норм и правил (СНиП) к элементам дороги (продольным уклонам на подъемах и спусках, радиусам и горизонтальных и вертикальных кривых, ширине полосы движения и проезжей части и т.п.).

В технико-экономических расчетах при оценке эффективности проектных решений стали ориентироваться на среднюю скорость потока, на его обобщение и усредненные показатели. При таких усреднениях неизбежна потеря части информации о характеристиках движения автомобиля при первичной вывозке лесоматериалов. Вследствие потери информации о распределении скоростей лесовозных автопоездов технико-экономические расчеты носили незавершенный характер, давали ориентировочные результаты.

Все перечисленные методы и подходы моделирования движения автомобилей имеют общее узкое место - недостаточный учет геометрических особенностей плана и профиля дороги, состояния покрытия, обустройства дороги и т.п. В период возрастающей сложности процесса функционирования дороги уже недостаточны методы оценки проектных решений по критериям скорости и времени движения.

В настоящее время предлагаются следующие способы проектирования первичных сетей лесовозных дорог, в основе формирования которых лежит принцип разветвления. Принципиальные схемы размещения лесовозных дорог в участках лесного фонда приведены на рисунке 1. Предложены к исследованию следующие способы размещения путей транспорта в участках лесного фонда:

1. Веерная схема путей отличается минимумом грузовой работы и применяется довольно редко, в связи с получением густого пучка путей в точке выхода лесного грузопотока из массива, значительная доля которых не используется. Кроме того, непараллельность путей неудобна для практического использования. Если при реализации веерной схемы начать с постройки центрального луча, проходящего посередине массива, то после этого возникает другая задача- все остальные пути нужно размещать с учетом построенной дороги, так получается известная схема путей «в елочку».

2. Вильчатая схема отличается наименьшими затратами на дорожное строительство (не нужно строить магистраль), однако имеет пониженные скорости движения лесовозных автопоездов.

3. Система путей «в елочку» широко применяется в лесном хозяйстве, что объясняется многими ее достоинствами, в частности хорошей приспособляемостью к сложному (горному) рельефу местности, небольшим средним расстоянием вывозки и высокой общей технологичностью. На рисунке 1 в (левая часть) показана комбинированная система первичных путей, отличающаяся тем, что глубинные участки массива осваиваются ветками, параллельными магистрали и примыкающими к соединительным путям. Основные оценочные параметры, в частности суммарное протяжение путей и средневзвешенное расстояние вывозки, у системы «в елочку» и комбинированной достаточно близки, однако у комбинированной системы магистраль короче.

Рисунок 1 - Основные принципиальные схемы размещения лесовозных путей в лесном массиве: а - веерная: б - вильчатая; в - «в елочку» (правая часть) и комбинированная (левая часть)

4. Схема с двумя расходящимися магистралями представлена на рисунке 2 в двух вариантах. На левой части показана система путей, обеспечивающая получение минимума грузовой работы, а на правой части рисунка показан вариант системы, у которой все ветки примыкают к магистралям под оптимальным углом, что обеспечивает получение минимума удельных приведенных затрат на вывозку по веткам и магистралям. Оба варианта удобны для освоения крупных участков лесного фонда, расположенных вдоль транзитного пути доставки лесоматериалов потребителю. При этом обеспечивается концентрация большого количества древесины в одном пункте переработки (складе, биржи) и создается возможность выделения части лесного массива для освоения его только в зимний период, что дает значительную экономию в транспортных затратах при вывозке лесопродукции [2].

Рисунок 2. Схема первичного освоения лесосеки с двумя расходящимися магистралями

Лесной массив как объект, в котором размещается сеть дорог характеризуется коэффициентом формы массива m равным:

m= A/D (1)

где А - площадь лесного массива, км²;

D - длина лесного массива, измеренная по направлению грузопотока, км.

При разработке сетей лесовозных дорог опираются на экономический критерий выбора вариантов – минимум приведенных затрат на вывозку лесоматериалов. В работе предлагается следующие рекомендации по выбору схемы транспортной сети:

1.  

   1. m ≤ 0,4...0,6 — целесообразно применять вильчатую схему.

   2. 0,5 ≤m ≤ 1,5 оптимальными являются схемы «в елочку» или комбинированная. m ≥ 2 - следует использовать схему с двумя магистралями.

   3. 1,5 ≤m≤2 - возможно применение схем: «в елочку», комбинированной, с двумя магистралями.

Выбор конкретного варианта размещения путей производится по минимуму приведенных затрат С, которые определяются по формуле:

(2)

где K_i- капитальные вложения по годам строительства, тыс. руб.;

С_i - себестоимость продукции по годам эксплуатации, тыс. руб.;

Е - нормативный коэффициент экономической эффективности;

T_i - годы отдаленности капитальных вложений и эксплуатационных затрат;

N_c, N_э - соответственно продолжительность строительства и эксплуатации, годы.

Сеть лесовозных автомобильных дорог включает дороги постоянного действия (магистрали) и временные дороги: ветки (срок службы до 5 лет, но в отдельных случаях может быть и больше), временные дороги, усы и зимние дороги. В систему лесовозных путей так же входят магистральные и пасечные трелевочные волоки.

Вывод: оптимальное проектное решение выбирается по ряду показателей, такие, как капитальные вложения по годам строительства, себестоимость продукции по годам эксплуатации, коэффициент экономической эффективности. На эти показатели в том или иной мере влияет продолжительность строительства и эксплуатации магистральных и временных лесных дорог.

Библиографический список

1. Сушков, С.И. Методика проектирования лесохозяйственных мероприятий на долгосрочную перспективу [Текст] / С.И. Сушков // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. – 2005.– №020.

2. Бурмистрова О.Н. Повышение транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог лесопромышленного комплекса / Бурмистрова О.Н., Курьянов В.К., Афоничев Д.Н. // Монография. Воронеж: Изд-во Воронеж. гос.ун-та, 2002. -176с.

7

Код для цитирования: Скопировать