Обоснование применения накатного судна для паромно-транспортных грузовых перевозок в Волжско-Камском бассейне

THE ANALYSIS OF MATHEMATICAL MODELLING METHODS OF THE AUTOMATED CONTROL SYSTEMS OF SHPYARD INDUSTRIAL SYSTEMS R. R. Latypov, E. G. Burmistrov, N. V. Ognev, D. A. Galochkin

The basic methods of mathematical modelling of the shipyard automated control systems are considered. The block diagramme of modelling of industrial systems is presented. Groups of the factors influencing the sight and structure of industrial system are defined.

УДК 629.12.001.2: 656.66.

Е. А. Лукина, к. т. н., доцент.

С. Г. Митрошин, аспирант.

Д. А. Битков, студент, ВГАВТ.

603950, Нижний Новгород ул. Нестерова, 5а.

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ НАКАТНОГО СУДНА ДЛЯ ПАРОМНО-ТРАНСПОРТНЫХ ГРУЗОВЫХ ПЕРЕВОЗОК В ВОЛЖСКО-КАМСКОМ БАССЕЙНЕ

Проведено обоснование типа и основных характеристик накатного судна внутреннего плавания исходя их эксплуатационно-экономических требований. Требования разработаны к судам для перевозки автопоездов на паромно-транспортных грузовых линиях Волжско-Камского бассейна.

Многочисленные исследования и зарубежный опыт [1, 2] показывают, что внутренний водный транспорт имеет большой потенциал развития, благодаря, например, использованию принципов логистики и организации на их основе мультимодальных перевозок высокотарифицированных грузов [6, 7].

В то же время автомобильный транспорт за счет сравнительно низкой стоимости единицы транспортного средства, короткого срока окупаемости и возможности быстро пополнять количество автомобилей, получил широкое распространение. Это позволило автомобильному транспорту в короткие сроки в несколько раз увеличить объемы перевозок и тем самым практически полностью вытеснить внутренний водный транспорт с рынка перевозок генеральных грузов.

Сегодня автомобильный транспорт обеспечивает 83% грузоперевозок в стране. Около 60 % импортных грузов, доставляемых в морские порты Российской Федерации, затем перевозятся по автомобильным дорогам.

Численность парка автотранспортных средств уже сегодня достигла 34 млн. автомобилей, прогноз на 2015 год-48,4 млн. Сегмент рынка, связанный с приобретением автомобилей и их эксплуатацией достиг в 2006 году 4,5 трлн. руб. или 16 % ВВП. Это расходы на топливо и масла, запасные части, техническое обслуживание автомобилей, автострахование. Этот рынок сопоставим по объему с российским рынком экспорта сырой нефти, нефтепродуктов и газа, который составляет 18,6 % ВВП.

Однако, в настоящее время, такое распределение сегментов Рынка транспортных услуг (РТУ) отрицательно сказывается на эффективности работы транспортной отрасли в целом, так как:

- удельные транспортные издержки в цене конечной продукции в РФ составляют в среднем 20 %. В экономически развитых странах - около 7-10 %;

Вестник ВГЛВТ

- коммерческая скорость движения грузовых потоков составляет 700 км/сут. В развитых странах она сейчас достигает 1400 км/сутки [6].

Все это накладывает существенные ограничения на конкурентоспособность продукции российских предприятий, приводит к замедлению роста качества жизни населения.

Протяженность сети автомобильных дорог федерального значения по оперативным данным на 1 января 2007 года составляет 47,3 тыс. км. При этом на них приходится свыше 40 % объемов грузоперевозок автомобильным транспортом, в том числе практически 100 % международных автомобильных грузоперевозок [7, 8].

Вместе с тем, состояние автомобильных дорог не удовлетворяет растущим потребностям государства и экономики. Около 56 % протяженности сети федеральных автодорог имеют неудовлетворительную прочность дорожных одежд, 37 % - неудовлетворительную ровность дорожных покрытий. Участки концентрации дорожно-транспортных происшествий составляют в общей сложности 8 % протяженности федеральных дорог. Около 30 % протяженности федеральных дорог обслуживают движение в режиме перегрузки, то есть 50% общего объема перевозок по федеральным автодорогам осуществляется с существенными потерями времени перевозчиков [7].

Доля дорожно-транспортных происшествий, сопровождаемых неудовлетворительными дорожными условиями, составляет 24 % от общего количества ДТП.

При сохранении тенденций развития и модернизации дорожной сети и темпа роста автомобилизации, уже к 2015 году можно прогнозировать, что [7, 8]:

- протяженность федеральных автодорог с превышением нормативной загрузки возрастет в 1,4 раза, что приведет к снижению средней скорости движения на дорогах страны на 20 процентов;

- свыше 80 процентов протяженности автомобильных дорог не буду! соответствовать нормативным требованиям по транспортно-эксплуатационным показателям;

- будут иметь место значительные разрушения дорожной сети;

- количество ДТП по дорожным условиям возрастет на 15-20 процентов по сравнению с существующим уровнем;

- повысится тяжесть последствий дорожно-транспортных происшествий;

Уже в настоящее время 30 % федеральных дорог работают в режиме перегрузки. Кроме того, наиболее загруженные федеральные автомобильные дороги на значительном протяжении проходят по территории городов и других населенных пунктов [7, 8]. Сложившаяся ситуация вызывает проблемы не только со стоимостью и скоростью доставки грузов, но и с экологией, безопасностью жизни населения в мегаполисах и транспортных узлах. Указанные проблемы приводят транспортные системы на грань остановки. В настоящее время эту задачу принято решать только с помощью строительства дорогостоящих объездных путей. При этом увеличивается длина маршрутов, что приводит к снижению скорости доставки и экономическим потерям, не устраняя основную причину - перегрузку автомобильных дорог, при существующем соотношении темпов роста автомобилизации, строительства и ремонта дорог.

Выходом из сложившейся ситуации может являться создание паромно-транспортных логистических систем (ПТЛС) на внутреннем водном транспорте и организация на их основе перевозок транзитных автопоездов на участках внутренних водных путей, параллельно которым проходят автодороги с повышенной транспортной напряженностью. Анализ сети внутренних водных путей показал, что на большинстве участков Единой глубоководной системы европейской части России такая возможность имеется.

В связи с этим, в настоящее время рассматривается вопрос развития мультимодальных перевозок в Волжско-Камском бассейне, в частности перевозок автопоездов в обход перегруженных участков автодорог [1], [2]. При этом предусматривается использование судов с горизонтальной грузообработкой (СГГ) или, как их ещё называют, накатных судов.

Для оценки возможности использования существующих судов внутреннего плавания на паромно-транспортных линиях Волжско-Камского бассейна был проведён анализ основных характеристик существующих паромов и грузовых теплоходов-площадок после их дооборудования под перевозки автопоездов.

Результаты анализа показали, что рассмотренные существующие суда не отвечают требованиям, определённым ранее из эксплуатационно-экономических соображений [1]. Поэтому необходимо проектирование и постройка нового специализированного судна, полностью отвечающего требованиям, определённым для Волжско-Камского бассейна.

Проведённый анализ показал, что наиболее высокий показатель грузоподъёмности на единицу площади палубы, высокую скорость при равной с прочими судами мощности, а также меньшее волнообразование при этих скоростях имеют двухкор-пусные теплоходы. Поэтому принято решение рассматривать возможность создания двухкорпусного теплохода - катамарана. Исходя из требований к накатному судну для Волжско-Камского бассейна, а также требований Правил Российского Речного Регистра (РРР) [3], были определены основные элементы и характеристики нового двухкорпусного судна.

Выбор соотношений главных размерений и расчет основных характеристик произведен при соблюдении следующих условий и ограничений:

- судно должно соответствовать требованиям Российского Речного Регистра для двухкорпусных судов класса «»1<0 2,0»;

- расчетная скорость судна на тихой воде - 29 км/ч;

- ширина габаритная судна не более 25,9 м;

- автомобили размещаются на главной палубе;

- погрузка - выгрузка перевозимых автомобилей производится через носовую и кормовую аппарели;

- экипажи автомобилей размещаются в двухместных каютах в трюме;

- для обеспечения маневренности (в частности, при шлюзовании, при швартовных операциях и пр.) предусмотрено носовое подруливающее ус тройство;

- автономность плавания по запасам топлива - 5 суток;

- силовая установка - два дизеля, расположенных в корпусах судна;

- движительно - рулевой комплекс состоит из двух винтов фиксированного шага и балансирных рулей, расположенных за гребными винтами.

Главные размерения судна определены в соответствии с ограничениями, принятыми в т.2, ч.1, гл.4 «Конструкция корпуса катамаранов» ПСВП РРР [3] для судов длиной менее 140 м:

Ь/Н <25, Ь/В -4-6, Н > Ь/25.

Ширина корпуса катамарана для Волго-Камских линий эксплуатации ограничивается шириной Чайковского шлюза на р.Кама. Поэтому принята максимально возможная из этого ограничения габаритная ширина катамарана В = 25,9 м.

На основании предварительно проработанной схемы общего расположения, исходя из размещения 38 автопоездов, длина судна принята Ь = 132 м. Тогда из условия Н > Ь/25 высота борта проектируемого судна определена Н = 5.3 м.

Таким образом, принятые главные размерения являются максимально возможными по габаритам ВВП и Правилам РРР для судна требуемой грузоподъёмности и грузовместимости.

Для определения основных характеристик нового судна в качестве прототипа принят сухогрузный двухкорпусный теплоход грузоподъемностью 1000 т, класса «О» проекта № Р19.

Основываясь на характеристиках судна-прототипа, а затем методом последовательных приближений был произведён расчёт водоизмещения и определены элемен-

Вестник BFA ВТ

ты парома катамараппого типа для перевозки автопоездов на Волжско-Камских линиях, представленные в таблице 1.

Таблица 1

Основные характеристики катамарана для перевозки автопоездов на Волжско-Камских линиях

№ п/п 11аименование характеристики Обозначение Ед. изме рения Проект катамарана

1 Габаритные размеры ¿ .т- х х НпЯ - м 140.5x25.9x14,2

2 Расчетные размеры хВт1хТ - м 132x25.9x2.5

3 Высота борга на миделе Н 5.3

4 Скорость 9 км/ч 29

5 Мощность N л.с. 3516

6 Водоизмещение полное ПОЛИ т 3841.7

7 Водоизмещение порожнем Dmp т 2109.1

8 Дедвейт Dw т 1732.6

9 Грузоподъемность Р, т 1691

10 Число единиц перевозимого груза (автопоездов) п ед. 38

11 Осадка при полном водлизмещении Т м 2.50

12 Коэффициент полноты КВЛ а - 0.780

13 Коэффициент полноты мидель - шпангоута ß - 0.732

14 Коэффициент общей полноты 5 - 0.528

15 Коэффициент утилизации по грузоподъёмности п - 0.440

Оценка сопротивления движению проектируемого судна была проведена с использованием программы для расчёта ходкости судна NavCad, разработанная компанией Hydrocomp, Inc. (США). Расчёт сопротивления судна-катамарана производился по методу «Holtrop 1984», который по предварительному анализу программы [4], является наиболее подходящим для расчёта сопротивления движению корпуса грузовых судов внутреннего и смешанного плавания.

В качестве исходных данных в программе были заданы основные характеристики рассматриваемого проектируемого судна. По результатам расчётов получена сила сопротивления R для рассматриваемого судна, движущегося со скоростью 29 км/ч в условиях мелководья. Сопротивление рассчитано с учётом выступающих частей корпуса. Значение силы сопротивления составило R = 361.8 кН.

Расчет потребной мощности проектируемого судна произведён методом пересчета с прототипа по выражению:

Ыт RS _ 361,8x8,055 _ 3890

1ЛпрЧвр)прот °-749

Таким образом, мощность, полученная пересчетом с прототипа, составляет N = 3890л.с. или N = 2900 кВт.

Обеспечить полученное значение мощности можно установкой на судно двух главных двигателей с характеристиками, представленными в таблице 2:

Таблица 2

Характеристики двигателей

производитель марка Мощность. кВт расход топлива, г'кВт-час расход масла. г/кВт-час

MAN 5471 1540 193 1

Wartsila 8L32 1740 192 0

Была проведена оценка волнообразования корпуса проектируемого катамарана. Высоты расходящихся и поперечных корабельных волн были рассчитаны в соответствии с методикой, разработанной диссертационной работе [5]. Результаты расчётов представлены на рисунках 1 и 2.

о о 15 оо

1,8 1,6 1,4 1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2

♦ Расходяицеся волны суиэствукш*а грузовых судов

д Расходящвся волны от суи^ствуюи^а катамаранов

• Расходяиряся вола от проектируемого катамарана

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 Число Фруда Fr

0,250

0,300

Рис. 1. Высоты расходящихся корабельных волн у корпусов судов при эксплуатационных скоростях

Из результатов расчётов корабельных волн можно видеть, что для катамаранов корабельные волны расходящейся и поперечной групп значительно ниже, чем для однокорпусных судов, движущихся к тому с более низкими скоростями. Значение высоты расходящейся и поперечной волны для проектируемого катамарана (0.52 м и 0,33м соответственно) не превышает высот волн, образующихся при движении существующих судов, движущихся с более низкими скоростями. Это свидетельствует о правильном выборе соотношения скорости судна к его длине, характеризующегося

числом Фруда по длине Fr( L) = v/ J~gL .

Расчёты стоимости судна были проведены с учётом 25 % рентабельности завода, на котором может производиться постройка судна. Затраты на сырье, материалы и полуфабрикаты для проектируемого судна рассчитаны через измерители стоимости исходя из чистого веса составляющих и получены в размере 165млн. 915 тыс. руб. Производственная себестоимость постройки судна по расчётам составила 250 млн. 784 тыс. руб. Определённая при этих условиях стоимость проектируемого судна была определена как 300 млн. 940 тыс. руб. или 355 млн. 109 тыс. руб. с учетом 18 % НДС.

60

Вестник ВГАВТ

Д Cyu^cTByioufie грузовые суда Суидествуюире катамараны Проектируемый катамаран

♦ •• • •

•

• <2 Д

&

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 Число Фруда Fr

Рис. 2. Высоты поперечных корабельных волн за корпусами судов при эксплуатационных скоростях Список литературы

[1] Ефремов Н. А., Костров А. А., Этин В. Л., Митрошин С. Г. Развитие речного транспорта в XXI веке - новые технологии // Вестник транспорта Поволжья. - № 4(16) октябрь-декабрь, 2008 г. - Самара: СамГУПС, 2008. - С. 56-62.

[2] Ефремов Н. А., Костров В. Н., Этин В. Л., Митропгин С. Г. Развитие мультимодальных технологий на внутреннем водном транспорте па основе использования новых типов судов // Международный конгресс "Великие реки", 22-23 мая 2008 г. Печ. Генеральные доклады, тезисы докладов Международного конгресса "Великие реки", 22-23 мая 2008г.

[3] Правша Российского Речного Регистра, т. 2, ч. I. - М: 2008. - С. 11—13, С. 108-109.

[4| Битков Д. А. Использование программы ЫауСас! для расчётов ходкости судов внутреннего и смешанного плавания./ Материачы IX сессии молодых учёных.

[5| Воздействие на природные и природно-антропогенные водные объекты корабельных волн / Лукина Е. А. // Диссертация на соискание степени к. т. н., Н. Новгород, 2002 г.

[6] Проект «Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года», сентябрь 2008г. Москва: Министерство транспорта Российской Федерации. - С. 5-83.

[7] Стратегическое шанирование мультимодального грузового транспорта // Проект ТАСИС ТЫ ЯШ 9804. - Н. Новгород: Администрация нижегородской области, 1999. - С. В1-В41.

[8] Доклад Министра транспорта РФ Игоря Левитана на заседании Правительства Российской Федерации «О развитии транспортной системы России на период 2010-2015 годов» 24 апреля 2008 г. источник: www.mintrans.ru

APPLICATION SUBSTANTIATION OF RO-RO VESSEL FOR TRANSPORT FERRY FREIGHT TRAFFIC IN VOLGA-KAMA POOL

E. A. Lukina, S. G. Mitroshin, D. A. Bitkov

The substantiation of the type and the basic characteristics of a ro-ro vessel of inland navigation proceeding their economic specifications is made. Requirements are developed to vessels for transportation of forty convoys on transport ferry cargo lines of Volga-Kama basin.