DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 07.11.2008

Материалы

загрузка...

Совершенствование процесса транспортировки лесоматериалов на базе самозагружающихся автопоездов

Бакулина Ирина Рифатовна, 07.11.2008

 

методика и результаты исследований формирования составов погрузочно-транспортных звеньев, позволяющие повысить эффективность вывозки лесоматериалов;

регрессионные модели продолжительности рабочего цикла навесного гидроманипулятора при погрузке и выгрузке сортиментов, учитывающие число захватываемых грейфером сортиментов, параметры лесоматериалов и расстояния перемещения груза.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается методами математической статистики и математического моделирования, адекватностью полученных математических моделей исследуемым объектам, сходимостью результатов расчетов по ним с результатами экспериментов, положительными результатами применения рекомендаций на предприятиях.

Личное участие автора в получении результатов. Все работы по проведению хронометражных наблюдений и производственных исследований, обработке материала, анализу и обобщению результатов исследований выполнены автором лично, по разработке математических моделей, алгоритмов и ЭВМ-программ при его участии.

Реализация работы. Разработанная технологическая схема работы звена лесовозных автопоездов внедрена в ООО «Марлеспром» Республики Марий Эл. Основные научные положения и результаты исследований использованы в учебном процессе МарГТУ при дипломном, курсовом проектировании и научно-исследовательской работе студентов.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и были одобрены: на ежегодных научных конференциях по итогам научно-исследовательских работ в Марийском государственном техническом университете в 2005-2008 годах; на региональной научной студенческой конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам в городе Йошкар-Ола в 2006 г.

Публикации. По материалам диссертации получено 2 свидетельства о регистрации разработок в отраслевом фонде алгоритмов и программ, опубликовано 9 научных статей, в том числе 2 работы в издании, рекомендованном ВАК (1,2 п.л.). Общий объем публикаций составляет 4,1 п.л., из них 4 работы в соавторстве (2,4 п.л.), авторский вклад 50-80 %.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и рекомендаций, библиографического списка литературы из 116 наименований и 10 приложений. Объем работы составляет 178 страниц машинописного текста, в том числе 143 страницы основного текста, 31 рисунок, 28 таблиц и 35 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и методы исследований, научная новизна и практическая значимость работы, основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе обоснованы современные тенденции и перспективы развития технологии лесозаготовок и вывозки лесоматериалов автотранспортом на лесопромышленных предприятиях в малолесных регионах. Дан обзор производителей тягового и прицепного состава, навесных гидроманипуляторов, используемых в настоящее время для комплектования лесовозных автопоездов.

Вопросы эксплуатации самозагружающихся автопоездов с гидроманипуляторами на вывозке хлыстов и сортиментов, мелкотоварной древесины от рубок ухода рассматривали Брик М.И., Живин А.К., Югов В.В, Иевлев И.С., Раманихин Г.А., Лукоянов А.А., Глазырин В.И., Пашков Е.И., Козловский Н.И., Тупикин С.И., Андрианов Ю.С., Смирнов М.Ю., Daly E., Langendorf G. и другие. Во всех источниках рассматривается одиночная работа самозагружающихся автопоездов, и нет сведений об эксплуатации их в сочетании с автопоездами, не имеющими гидроманипулятора. Отдельные упоминания о совместной эксплуатации самозагружающихся и автопоездов без гидроманипулятора встречаются в работах Шумова А.В. и Кацалапа В.И.

Наиболее острыми проблемами совместной эксплуатации самозагружающихся и автопоездов без гидроманипулятора являются совершенствование технологических процессов погрузки, вывозки и выгрузки лесоматериалов, выбор оптимального соотношения транспортных единиц и погрузочных механизмов, обоснование продолжительности простоев автопоездов в пунктах погрузки и выгрузки лесоматериалов.

Процесс выбора оптимального соотношения транспортных единиц и погрузочных механизмов при совместной эксплуатации автопоездов с гидроманипуляторами и без таковых является сложной и многокритериальной задачей. Для ее решения необходимы: алгоритмы функционирования самозагружающихся автопоездов в составе погрузочно-транспортного звена, учитывающие различные соотношения самозагружающихся автопоездов и автопоездов без гидроманипуляторов; методики выбора состава погрузочно-транспортного звена и расчёта продолжительности погрузочно-разгрузочных работ.

Известно, что продолжительность погрузочных и разгрузочных работ для машин циклического действия определяется как произведение числа рабочих циклов, совершаемых гидроманипулятором при загрузке или разгрузке автопоезда, на продолжительность рабочего цикла. Однако отсутствуют рекомендации и методики по определению числа рабочих циклов, регрессионные зависимости продолжительности рабочего цикла гидроманипулятора при погрузке и выгрузке сортиментов.

Исходя из анализа состояния вопроса и цели работы, сформулированы задачи исследования:

1. Получить регрессионные модели продолжительности рабочего цикла навесного гидроманипулятора.

2. Разработать методику, алгоритм и программу расчёта продолжительности погрузочно-разгрузочных работ, учитывающую число рабочих циклов, совершаемых навесным гидроманипулятором.

3. Разработать алгоритмы функционирования и обосновать рациональные технологические схемы работы самозагружающихся и не оснащенных гидроманипулятором автопоездов.

4. Разработать методику определения численного состава погрузочно-транспортного звена и определить границы эффективности совместной работы самозагружающихся и автопоездов без гидроманипулятора.

Вторая глава посвящена разработке алгоритмов функционирования погрузочно-транспортного звена, учитывающих различные соотношения самозагружающихся и не оснащенных гидроманипулятором автопоездов в его

При разработке математической модели технологического процесса работы самозагружающегося автопоезда в сочетании с автопоездами без гидроманипулятора использован метод абстрактного представления моделируемого процесса. Алгоритм функционирования самозагружающегося автопоезда в составе звена представлен на рисунке 1. На его основе составлена схема математической модели.

Рисунок 1– Схема алгоритма функционирования самозагружающегося автопоезда

при совместной его эксплуатации с автопоездами без гидроманипулятора

Получена формула (1) сменной производительности звена автопоездов, позволяющая выполнять расчёты при различных параметрах погружаемых лесоматериалов

где Т – продолжительность рабочей смены, мин.; tпз – подготовительно-заключительное время, мин.; Кв – коэффициент использования рабочего времени; Qпол1, Qпол2 – полезная рейсовая нагрузка на самозагружающийся и не оснащенный гидроманипулятором автопоезд, соответственно, м3; l1, l2, l3 – расстояния перемещения груза по дорогам различных категорий, км; t1, t2, t3 – время хода 1 км пути по дорогам различных категорий в порожнем и грузовом направлении, мин/км.; tс, tс'–продолжительность установки автопоезда под загрузку и разгрузку, мин.; tмр, tмт – продолжительность приведения манипулятора из транспортного положения в рабочее и обратно, мин; N2 – число автопоездов без гидроманипулятора, обслуживаемых одним самозагружающимся автопоездом, шт.; Тп1, Тп2i, Тв1, Тв2i – продолжительность загрузки и разгрузки самозагружающегося и автопоезда без манипулятора, мин.; пш – число штабелей, из которых загружаются автопоезда; lш– расстояние между штабелями, м.; ?пш – скорость движения автопоезда между штабелями, м/с; tув– продолжительность увязки груза, мин.

В настоящее время лесозаготовительные предприятия Республики Марий Эл имеют от 1 до 3 технически исправных автопоездов с гидроманипуляторами. Предлагаются две схемы организации лесотранспортного процесса трёх автопоездов, два из которых (№1 и №3) самозагружающиеся, а автопоезд №2 без гидроманипулятора.

Первая схема работы (рисунок 2): в течение каждого рейса погрузка сортиментов на обслуживаемый автопоезд №2 постоянно производится автопоездом №1, а выгрузка – автопоездом №3. Промежуток времени на второй оси от точки 6 до точки 7 соответствует простою автопоезда №2 в ожидании разгрузки tож1. После окончания работ на разгрузочном пункте (точка 8) автопоезда №2 и №3 простаивают в ожидании автопоезда №1, чтобы одновременно начать следующий рейс. Продолжительность простоя tож2 соответствует временному промежутку от точки 8 до точки 10. При этом увеличивается продолжительность рейса, снижается эффективность использования рабочего времени смены.

Рисунок 2 – Временная диаграмма работы звена из трёх автопоездов (первая

ДПП, ДРП – движение на погрузочный и разгрузочный пункты соответственно;

, – пребывание автопоездов под погрузкой и разгрузкой соответственно;

– простои в ожидании погрузки или разгрузки;

– совместная работа автопоездов.

Наибольший эффект второй схемы работы (рисунок 3) достигается при выполнении четного числа рейсов. Во время первого рейса погрузка лесоматериалов на автопоезд №2 осуществляется автопоездом №1, выгрузка – автопоездом №3. Второй рейс автопоезда №2 и №3 начинают одновременно. Погрузка сортиментов на автопоезд №2 производится автопоездом №3, а выгрузка лесоматериалов – автопоездом №1. Второй рейс все автопоезда звена заканчивают одновременно. Далее цикл повторяется.

Рисунок 3 – Временная диаграмма работы звена из трёх автопоездов (вторая

Предлагаемые схемы совместной работы трех автопоездов позволяют уменьшить вероятность их простоев по техническим причинам, поскольку при выходе из строя обслуживаемого автопоезда, самозагружающиеся продолжат работать независимо друг от друга. Если по техническим причинам выходит из строя один автопоезд с манипулятором, второй самозагружающийся и обслуживаемый автопоезд продолжают совместную работу.

Исследования предлагаемых схем работы, выполнены с помощью имитационной модели, реализованной в среде Delphi 7. При разработке модели приняты допущения: 1) в течение смены автопоезда выезжают на один погрузочный пункт; 2) лесоматериалов в штабеле достаточно для загрузки всех автопоездов; 3) время пробега 1 км пути в обоих направлениях принимается одинаковым для всех автопоездов; 4) самозагружающиеся автопоезда сформированы из одинаковых автомобилей и прицепного состава, имеют одинаковые рейсовые нагрузки, рейсовая нагрузка обслуживаемых автопоездов может отличаться на величину ? Qпол.

При моделировании работы звена в течение нечётных рейсов учтено, что разгрузка автопоезда №2 не может начаться раньше, чем закончится разгрузка автопоезда №3. Время прибытия автопоезда №2 на разгрузочный пункт должно совпадать с моментом завершения разгрузки автопоезда №3 (точка 7 на рис. 3.). В этом случае продолжительность простоя автопоезда №2 в ожидании разгрузки tож1 = 0 и автопоезд №2 разгружается сразу после окончания разгрузки автопоезда №3. Если автопоезд №2 прибывает до окончания разгрузки автопоезда №3 (точка 6 на рис. 3) возникает вынужденный его простой в ожидании разгрузки tож1. В качестве критерия оптимизации (целевая функция) принята продолжительность простоев обслуживаемого объекта в ожидании погрузочно-разгрузочных работ tож, tож1, tож4, а в качестве переменных параметров – Qпол1, Qпол2, hш и dср. Критерий оптимизации вычислялся не для всех возможных сочетаний значений переменных, а для ограниченного числа сочетаний, выбранных при следующих шагах изменения переменных: для параметра Qпол1 величина шага равна 1 м3; для параметра Qпол2 – 0,5 м3; для hш – 1 м; для dср – 12 см.

Установлено, что время простоев tож1 и tож4 зависит от его полезной рейсовой нагрузки Qпол2 и от величины ? Qпол – разности рейсовых нагрузок самозагружающегося и автопоезда без гидроманипулятора (таблица 1). При одинаковых рейсовых нагрузках всех автопоездов, входящих в состав звена неизбежны простои автопоезда, не оснащённого гидроманипулятором, в ожидании погрузочно-разгрузочных работ. Сократить простои обслуживаемого объекта в ожидании погрузочно-разгрузочных работ позволяет увеличение его рейсовой нагрузки Qпол2 по сравнению с самозагружающимся автопоездом Qпол1. При организации работы звена из трех автопоездов, два из которых имеют навесные гидроманипуляторы, соотношение рейсовых нагрузок самозагружающихся и обслуживаемого автопоездов должно быть 1:1,5…1:2. В этом случае простои обслуживаемого автопоезда в ожидании погрузки и разгрузки будут минимальны.

Таблица 1 – Результаты подбора рейсовых нагрузок автопоездов, входящих в состав звена