Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

FUNCTIONAL-TECHNOLOGICAL ANALYSIS OF LOG TRUCKS MOTION PARAMETERS

Shegelman I.R. 1 Skrypnik V.I. 1 Kuznetsov A.V. 1
1 Petrozavodsk State University
The article is devoted to the improvement of calculations, development of algorithms and programs for modeling log truck motion and determining the indicators of motion under operating conditions. The existing methods of determining load carrying capacity, motion speed, and productivity of log trucks have gone out of date and do not take into account many factors influencing the indicators of motion. In particular: discrepancy in travelling time all over the route makes 40–45 % compared to the factual data, and at separate sections the difference is two-fold. There are speed limits at sharp turnings, breaks in grade, vertical curves, certain sections according to the condition of road surface, when moving in populated localities, road intersections, etc. It is necessary to lower the speed when approaching and passing such sections. Numerous calculations in short intervals had to be done for calculation of motion speed during modeling the motion of log trucks in order to solve this task. The dependencies developed by the authors of the article and the suggested calculation method allow to determine the speed of log trucks unsteady motion with regard to speed limitations, as well as choose optimum alternation of motion modes and quicken exploitation calculations.
log truck
methods of tractive calculations
motion modeling
motion indicators
unsteady motion
braking mode
1. Gorbachevskij V.A. Tehnologija vyvozki drevesiny i jeffektivnost lesozagotovok. Promyshlennyj transport, 1984. no. 1. pp. 20–23.
2. Ilin B. A. Tjagovo-jekspluatacionnye raschety pri proektirovanii lesovoznyh dorog. L.: Izd-vo LTA, 1986. pp. 70.
3. Kishinskij M.I. Issledovanija po jekspluatacii avtomobilnyh i traktornyh lesovoznyh avtopoezdov i po ustrojstvu zimnih dorog. L., 1969. 52 p.
4. Korunov M.M. Tehnicheskoe normirovanie srednih skorostej dvizhenija lesovoznyh avtopoezdov. Lesnaja promyshlennost. 1955. no. 8. pp. 13–15.
5. Kuvaldin B.I., Skrypnik V.I. Raschety na JeVM rezhimov dvizhenija lesovoznyh avtopoezdov. Izvestija vuzov. «Lesnoj zhurnal», 1976. no. 6. pp. 60–65.
6. Salminen Je.O., Nikiforov A.G. Raschet na JeCVM «Mir-1» skorosti dvizhenija lesovoznyh i avtomobilnyh avtopoezdov. Mezhvuzovskij sbornik nauch. trudov «Lesosechnye, lesoskladskie raboty i transport lesa». L., 1979. pp. 67–71.
7. Skrypnik V.I., Kochanov A.N. Novye metody tjagovyh raschetov na lesovoznom transporte. Petrozavodsk, 1979. 118 p.
8. Skrypnik V.I., Kuznecov A.V. Issledovanie jeffektivnosti primenenija razlichnyh tipov avtopoezdov i shem vyvozki lesa s ispolzovaniem metodov modelirovanija dvizhenija na PJeVM. Izvestija S-Peterburgskoj lesotehnicheskoj akademii: vyp. 185. – SPb: SPbGLTA, 2008. pp. 93–100.
9. Skrypnik V.I., Kuznecov A.V., Baklagin V.N. Analiz i raschet parametrov dvizhenija lesovoznyh avtopoezdov. Trudy lesoinzhenernogo fakulteta PetrGU. Vyp. 8. Petrozavodsk: izd-vo PetrGU, 2010. pp. 140–144.
10. Shegelman I.R., Skrypnik V.I., Kuznecov A.V., Pladov A.V. Jeksperimentalno-raschjotnye issledovanija dvizhenija lesovoznyh avtopoezdov. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij «Lesnoj zhurnal». no. 4. Arhangelsk: AGTU, 2008. pp. 39–44.
11. Shegelman I.R., Kuznecov A.V., Skrypnik V.I. Analiz jeffektivnosti lesotransportnyh mashin s ispolzovaniem sputnikovyh radionavigacionnyh sistem (SRNS). Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa – Lesnoj vestnik. no. 3. Mytishhi: MGUL, 2009. pp. 112–115.
12. Shegelman I.R., Skrypnik V.I., Pladov A.V., Kochanov A.N., Kuznecov V.A. Modelirovanie dvizhenija lesovoznyh avtopoezdov na PVJeM. Petrozavodsk: Izd-vo PetrGU, 2003. 234 p.
13. Shegelman I.R., Skrypnik V.I., Kuznecov A.V. Jeffektivnaja organizacija avtomobilnogo transporta lesa. Petrozavodsk: Izd-vo PetrGU, 2007. 280. p.
14. Shegelman I.R., Skrypnik V.I., Kuznecov A.V., Pladov A.V. Vyvozka lesa avtopoezdami. Tehnika. Tehnologija. Organizacija. SPb, Izdatelstvo PROFIKS, 2008. 304 p.

Повышение эффективности транспортно-переместительных операций до сих пор является приоритетной задачей для лесопромышленного комплекса в целом и лесозаготовительных предприятий в частности. Это обусловлено в первую очередь тем, что транспортные расходы на освоение лесного фонда могут достигать значительных величин в общем объеме лесозаготовительных работ. В русле этих тенденций в Петрозаводском государственном университете на протяжении значительного времени проводятся исследования, направленные на повышение эффективности транспортно-переместительных операций [7, 8, 10, 11, 12, 13, 14] с использованием функционально-технологического анализа. Одним из направлений этих исследований стала работа по совершенствованию методов тяговых расчетов, разработке алгоритмов и программ для моделирования движения лесовозных автопоездов и определению показателей движения в конкретных условиях эксплуатации.

До настоящего времени тяговые расчеты для определения допустимой нагрузки, скорости движения, производительности автопоездов выполняются традиционными способами, основанными на методе равновесных скоростей. Эти способы уточнялись и применялись при проектировании лесовозных дорог и организации лесотранспортных работ рядом известных ученых и исследователей [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Однако на современном этапе традиционные методы расчетов не удовлетворяют возросшим требованиям ввиду того, что не учитывают многие факторы, влияющие на показатели движения. Проведенные исследования показали, что графики движения, рассчитанные по методу равновесных скоростей, не адекватны фактическим. Результаты расчетов не обеспечивают достаточной точности, в частности расхождение по времени движения по всему маршруту составляет 40–45 % в сравнении с фактическими данными, а на отдельных участках данные отличаются вдвое [7, 8, 10, 11, 12, 13, 14].

На практике лесовозные дороги характеризуются сложной структурой и функциональной применимостью. Функционально-технологические ограничения скорости движения имеют место на крутых поворотах по условиям устойчивости движения с учетом центробежной силы, на переломах продольного профиля с учетом допустимой перегрузки рессор, на вертикальных кривых по допускаемому центростремительному ускорению; по условиям видимости на вертикальных выпуклых кривых, на крутых поворотах в закрытой местности; по состоянию покрытия на определенных участках дороги, а также ограничения, устанавливаемые директивно, например, при движении в населенных пунктах, пересечении дорог и т.д.

При подходе к таким участкам и их преодолении необходимо снизить скорость до величины ограничения. На практике водители лесовозных автопоездов определяют режимы движения и интенсивность снижения скорости, руководствуясь опытом. При расчете скоростей движения при моделировании движения лесовозных автопоездов для решения этой задачи приходилось проводить многочисленные расчеты [12, 13, 14] через короткие интервалы, с тем, чтобы при подходе автопоезда к участкам ограничения его скорость не превышала допустимую и не снизилась ниже νогр в значительных пределах. Поэтому при расчетах очень важно определить расстояние от начала расчетного участка до точки, с которой следует переходить к снижению скорости в различных режимах (с торможением колесными тормозами, моторным тормозом, торможение двигателем).

Для определения расстояния до точки, начиная с которой необходимо прекратить разгон автопоезда и перейти к режиму торможения, в качестве исходной используется зависимость при движении автопоезда на вертикальной кривой [9]:

shegel01.wmf (1)

где shegel02.wmf shegel03.wmf shegel04.wmf; shegel05.wmf shegel06.wmf; ν0 – скорость движения в начале участка, м/с; ν – скорость движения автопоезда в конце участка, м/с; S – длина расчетного участка, м; G – вес автопоезда, кгс; Rг – радиус горизонтальной кривой; Сг – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления движению на горизонтальных кривых; R – радиус вертикальной кривой (при расчете показателей движения на вертикальных выпуклых кривых применяется со знаком «+», на вогнутой кривой со знаком «–»); а и b – коэффициенты зависимости, аппроксимирующей тяговую или тормозную характеристику автопоезда в виде F = a – bν2; ω – коэффициент сопротивления качению; δ – коэффициент учета инерции вращающихся масс; kс, Δ, Ω – соответственно коэффициент сопротивления воздушной среды для автомобиля, коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление от прицепов; лобовая площадь автомобиля, м2; i – продольный уклон; g – ускорение силы тяжести, м/с2.

К точке начала торможения расчетная скорость движения достигается автопоездом в режиме разгона и равна скорости, начиная с которой необходимо начать торможение с тем, чтобы к началу участка, имеющего ограничение скорости, скорость движения автопоезда снизилась до νогр.

При этом при длине элемента продольного профиля S скорость движения в режиме разгона определяется на расстоянии s – sт, где Sт – длина участка торможения.

Следовательно, для определения sт и (s – sт), а также величины скорости, с достижением которой в режиме разгона необходимо начать торможение, нужно решить систему двух уравнений, первым из которых определяется значение скорости в точке начала торможения при разгоне автопоезда, а вторым – скорости при торможении автопоезда до снижения скорости в конце участка до νогр.

В режиме разгона:

shegel07.wmf (2)

В режиме торможения:

shegel08.wmf (3)

shegel09.wmf

shegel10.wmf (4)

где S – длина участка, м; ST – расстояние, на котором производится торможение, м; shegel11.wmf Т и ТТ значения функционала shegel12.wmf соответственно для режима разгона и торможения.

Обозначив

shegel13.wmf

shegel14.wmf

shegel15.wmf,

получаем квадратное уравнение вида

shegel16.wmf

Решение квадратного уравнения:

shegel17.wmf (5)

В качестве примера определим расстояние от начала участка, на котором с режима разгона необходимо перейти на режим торможения моторным тормозом. Автопоезд МАЗ-6303-26 + МАЗ-83781 начинает движение на участке вертикальной кривой радиусом 10000 м с начальным уклоном 0,00 длиной 200 м с начальной скоростью 11,5 м/с, на 7-й передаче, ω = 0,02; на следующем участке по условиям видимости ограничение составляет 11 м/с. В работе [12, 13] приведены коэффициенты зависимостей, аппроксимирующих тяговую и тормозную характеристики: а = 1480; В = 1,41; аТ = –1459; ВТ = 2,64. В результате расчетов получим Sт = 70, 27 м.

Для проверки точности расчетов по формуле (1) определим скорость движения, которой достигает автопоезд на расстоянии S – ST (200 – 70,27 м) = 129,73 м перед началом торможения и значение скорости, с которой автопоезд начнет движение на участке ограничения.

В конце участка разгона:

shegel18.wmf

В начале участка ограничения:

shegel19.wmf

Таким образом, доказана правомерность предложенного метода расчетов и достаточная точность расчетов.

На прямолинейных в профиле участках определение точки начала торможения упрощается. При разгоне скорость движения определяется по формуле

shegel20.wmf (6)

При торможении:

shegel21.wmf

shegel22.wmf (7)

где ST – расстояние, которое пройдет автопоезд в режиме торможения до достижения скорости νогр (м/с), м.

Таким образом

shegel23.wmf

shegel24.wmf

shegel25.wmf

shegel26.wmf

shegel27.wmf (8)

Правомерность предложенных зависимостей подтверждается следующим примером. Автопоезд МАЗ-6303-26 + МАЗ-83781 начинает движение на участке с уклоном – 0,010 и длиной 200 м с начальной скоростью 11,5 м/с, ω = 0,02 на следующем участке ограничения скорости составляет 11 м/с. Определить расстояние от начала участка до точки, начиная с которой

А = 1480 – 48000∙0,01 = 1000;

Т = 1000 – 1,41∙11,5 = 813,5;

А1 = –499 – 48000∙0,01 = –979;

ТТ = –979 – 2,64∙112 = –1298;

shegel28.wmf

Скорость движения в конце участка разгона определяется по формуле (7), при этом

Sкр = S – ST = 200 – 90,98;

shegel29.wmf ν = 12,9 м/с;

shegel30.wmf ν = 11 м/с.

Выведенные зависимости и предложенная методика расчетов позволяют определить скорость неустановившегося движения лесовозных автопоездов с учетом ограничений скорости, а также выбрать оптимальное чередование режимов движения, ускорить и уточнить тяговые эксплуатационные расчеты.

Рецензенты:

Григорьев И.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии лесозаготовительных производств, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова», г. Санкт-Петербург;

Питухин А.В., д.т.н., профессор, декан лесоинженерного факультета ПетрГУ, ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет», г. Петрозаводск.

Работа поступила в редакцию 04.06.2014.