Оптимизация процесса доставки лесных грузов в плавучих контейнерах и на однорейсовых судах

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ключается в том, что предполагаемое место течи радиатора обезжиривают (проливают) ацетоном или бензином, продувают сжатым воздухом (сушат) и при необходимости модифицируют. Далее на это место накладывают резиновую прокладку, смазанную слоем масла для того, чтобы после отверждения клеевого состава она легко отделилась, не повреждая покрытие. Радиатор укладывают горизонтально на деревянную подставку, так чтобы она плотно прижала к радиатору резиновую прокладку. С обратной стороны вставляют в поврежденное место радиатора стержни с повышенной теплопроводимостью (медь, алюминий), которые соединяют с дополнительной теплообменной поверхностью, выходящей за пределы поверхности радиатора, и заполняют формообразующим клеевым составом с наполнителями, имеющими повышенную теплопроводимость (рис. 5) [5, 6].

Изобретение обеспечивает повышение теплоотдачи отремонтированного участка радиатора, что сохраняет оптимальный тепловой режим работы двигателя.

Использование клеевых составов, конечно, не ограничивается использованием

только для ремонта деталей транспортнотехнологических машин лесопромышленных предприятий, многие из них могут быть использованы для ремонта сельскохозяйственной и военной техники как и в ремонтных мастерских, так и в полевых условиях.

Библиографический список

1. Клеящие материалы. Герметики: справ. / А.П. Петрова, А.А. Донской, А.Е. Чехлых и др. - СПб.: НПО «Профессионал», 2008. - 592 с.

2. Башкирцев, В.И. Азбука склеивания и герметизации при ремонте автомобилей: учеб. пособие / В.И. Башкирцев, С.Н. Гладких. - М., 2007.

3. Курчаткин, В.В. Восстановление посадок подшипников качения сельскохозяйственной техники полимерными материалами: автореферат дисс. ... докт. техн. наук / В.В. Курчаткин. - М., 1989. 32 с.

4. Башкирцев, Ю.В. Ремонт сердцевины радиатора ДВС / Ю.В. Башкирцев // Сельский механизатор. - 2008. - № 1. - С. 44-45.

5. Нилов, Н.И. Обслуживание и ремонт радиаторов двигателей внутреннего сгорания : учеб. метод. пособие / Н.И. Нилов, Ю.В. Башкирцев. - М.: Минсельхоз РФ, ФГОУ «РИА-МА», 2008. - 32 с.

6. Патент RU 2372573 C2 на изобретение. Способ ремонта сердцевины радиатора охлаждения / Ю.В. Башкирцев, А.А. Панин, И.В. Желанов (РФ); опубл. 10.11.09., Бюл. № 31.

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ДОСТАВКИ ЛЕСНЫХ ГРУЗОВ

в плавучих контейнерах и на однорейсовых судах

А.Н. КОМЯКОВ, проф. каф. транспорта леса МГУЛ, канд. техн. наук

На кафедре транспорта леса МГУЛ в последние годы проводятся исследования по созданию новых технологий и средств водной доставки продуктов углубленной переработки древесных ресурсов с предприятий, примыкающих к водным путям. Разработаны и испытаны в производственных условиях несколько типов плавучих контейнеров малой емкости и контейнерных составов для доставки измельченных лесных грузов. Большегрузные плавучие контейнеры (БПК) конструкции МГУЛ (патент RU 2153456 С1) позволяют доставлять потребителям наряду с измельченной древесиной пиломатериалы и прочую готовую продукцию. По геометри-

komyakov@mgul.ac.ru

ческим параметрам и назначению они могут быть отнесены к однорейсовым несамоходным судам, успешно применявшимся в России до 30-х гг. прошлого века и к настоящему времени незаслуженно забытым (рисунок).

Технико-экономические показатели контейнерного транспорта в значительной степени зависят от обоснованного выбора параметров плавучих контейнеров и судов для их доставки, при которых обеспечивали бы:

- наилучшее соотношение между главными размерами БПК;

- максимальное использование габаритов судового хода;

62

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Рисунок. Беляна, однорейсовое судно для перевозки пиломатериалов и других лесных грузов, Россия, XIX век

- соответствие габаритов БПК и скоростного режима его буксировки типу буксирного судна.

При выполнении всех перечисленных требований можно добиться минимума эксплуатационных затрат при организации доставки древесины в плавучих контейнерах и на однорейсовых судах.

В данной статье представлена математическая модель оптимизации процесса доставки лесных грузов в большегрузных плавучих контейнерах (БПК). В силу схожей геометрии эта модель, с некоторыми уточнениями, может быть использована и для однорейсовых судов с прямоугольными очертаниями корпуса.

Выбор критерия оптимизации и определяющих параметров процесса

При организации водной доставки древесного сырья в БПК основные затраты приходятся на две составляющие: изготовление и транспортировку.

Затраты на изготовление лесотранспортной единицы можно также подразделить на две группы по признаку зависимости от геометрических параметров. Затраты на подготовку площадки для изготовления БПК, его заполнение, создание намороженного слоя

прямо пропорциональны объему БПК и могут не участвовать в математической модели. Затраты на герметичную оболочку контейнера в значительной степени зависят от линейных размеров контейнера и соотношений между ними. При этом очевидно, что наименьшие затраты на единицу перевозимого груза будут у больших контейнеров, что изначально и стимулировало наши работы по созданию БПК.

С другой стороны, увеличение размеров буксируемого тела приводит к увеличению сопротивления воды его движению, и как следствие, к увеличению продолжительности оборота буксирного судна и росту затрат на транспортировку.

При этом, если буксировка производится по малым временно судоходным рекам, отрицательные последствия увеличения габаритов проявляются еще сильнее. Они связаны с резким ростом сопротивления движению на мелководье. Согласно проведенным нами исследованиям, уменьшение отношения глубины потока к осадке H/T с 7 до 1,8 приводит к росту сопротивления почти в 3 раза.

На величину транспортных затрат также большое влияние оказывают технико-экономические показатели буксирных судов, такие как их тяговая характеристика, скорость

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 5/2011

63

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

хода с грузом и порожним, стоимость содержания буксира в единицу времени и др.

При проведении контейнерного сплава возникают и другие затраты, связанные с заполнением контейнеров, простоями буксира по метеоусловиям, выгрузкой контейнера из воды. Перечисленные затраты составляют малую долю в общих затратах при транспортировке БПК и оказывают довольно слабое влияние на выходные параметры процесса. При разработке математической модели процесса буксировки БПК ими можно пренебречь. С учетом изложенного в качестве критерия оптимизации принимаем суммарные затраты З, которые состоят из затрат на изготовление БПК Зк и затраты на его буксировку Збук.

Целевая функция имеет вид

З = Зк + Збук = kX< n > , A < m>) ^ min (!) где - X<n> - управляющие параметры процесса: длина L, ширина В, осадка Т и скорость буксировки V контейнера; параметры буксирного судна: стоимость одного часа работы Сб, тяга на гаке Fr и скорость движения порожнем Vii;

- A<m> - фиксированные параметры процесса, к которым относятся: объем Жбук , подлежащий буксировке с данного объекта, коэффициент полнодревесности кп , стоимость оболочки контейнеров; параметры, характеризующие трассу буксировки: длина l, ширина b, глубина h, уклон i и скорость и течения реки на маршруте, время Тбук , отведенное на буксировку всего объема с данного объекта.

Управляющие параметры L, B, T и V носят непрерывный характер, а параметры Сб , Fr и Vn - дискретный.

Анализ ограничений математической модели

Ограничения на определяющие факторы L, B и Т вытекают из условий безопасности буксировки БКП.

Максимальную осадку определяют исходя из глубины судового хода на лимитирующем участке

T < h - z,

где z - донный запас, равный 0,3-0,5 м.

Предельная ширина контейнера для буксировки по рекам определяется из усло-

вий обеспечения необходимого запаса свободной поверхности реки на уровне гарантированной глубины по формулам

B < b0 / 1,5 - при одностороннем движении,

B <

где Вк - ширина встречного судна.

Предельная длина контейнера определяется из соображений управляемости и возможности проводки на криволинейном участке с радиусом r и шириной сплавного хода b на лимитирующем участке по формуле

L < гДУ

Для обеспечения устойчивого движения БПК по курсу необходимо, чтобы скорость буксировки относительно потока была больше критической скорости Ук = 0,2.. .0,3 м/ с, при которой ослабляется связь с буксиром. Отсюда следует ограничение на скорость буксировки контейнера

± р, ± р

Ц С р ВТ к

> 0,3 м/с.

Объем контейнера не может превышать общего количества древесины, подлежащей буксировке с данного пункта отправления, поэтому

L B H кп <

где кп - коэффициент полнодревесности транспортируемого лесоматериала. Если требуется определить оптимальное соотношение габаритов БПК при заданном его объеме (равном, например, запасу технологической щепы в данном пункте отправления), то должно быть соблюдено ограничение в виде равенства

L B H к = W .

Поскольку в математическую модель процесса входят зависимости для определения коэффициента сопротивления воды движению БПК, которые справедливы в определенном диапазоне чисел Фруда, на скорость буксировки и осадку контейнера накладывается ограничение

V

Frmm < Г-^Z < Frmax .

VgT

64

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Целевая функция

Затраты на буксировку БПК с пункта отправки можно определить по формуле

Збук = W / knLBH)

где U , t , t - соответственно время букси-

бук5 ход5 всп г J

ровки, холостой ход буксира и время на вспомогательные операции. Основные затраты на изготовление БПК определялись по формуле

Зк = Сб

где Соб - стоимость оболочки контейнера (в руб/кв.м ) с учетом затрат на ее подготовку и укладку;

1н - величина «нахлестов» в верхней части контейнера.

С учетом формул (7-8) целевая функция окончательно будет иметь вид

3(L, B, T, V) = СБ(ЖБ / knLBH) х

Х ^всп + (s / 3,6(^К - u)) + (s / 3,6(V - u))) +

+ ^

где

H = pT / Рдр

- высота БПК как функция осадки, а скорость БПК относительно воды V определяют из уравнения

к(Т, h, V)Cr(L, B, T, V)(pV2 / 2)BT =

= Fr

где

L

B

Cr (L, B, T, V) = 1,81 + 0,0367-0,160-

T

T

-2,14-^ + 0,000139 l- 0,0115 l+

l TJ l T J

+7,97

/ \2 ' V A

•JgT,

T B

- 0,000791-----

T T

L V B V

-0,0263---= - 0,0284

T4gr ’ T4gf

- коэффициент сопротивления;

'0,311 +0,408 +J^ + '

к(Т, h,V) =

h / T (h / T )2

+4,28

V

- 4,65

2

r V A

V

’ VV^j j

0,799 - 2,77

V

+ 7,93

2

V

’ j

- коэффициент, учитывающий влияния дна; а Fr(V) - сила на гаке для разных буксиров:

- для буксира Т-63

Fr

- для буксира К-100

Fr

- для буксира ВМК130

Fr

- для буксира ЛС-56

Fr(V) = 31957 - 4923 V + 225V2. (12г).

Полученная целевая функция (9) с учетом соотношений (10-12) и ограничений (2-6) представляет собой зависимость затрат на изготовление и транспортировку плавучего контейнера от наиболее существенных факторов процесса: габаритов и скорости буксировки БПК, технико-экономических показателей контейнера и буксировщиков, объемов, подлежащих буксировке, и путевых условий.

Данная задача - нелинейного программирования. Поэтому для определения экстремума разработана программа для ЭВМ. В результате решения этой задачи можно получить оптимальные параметры контейнера L, B, T и соответствующие им значения скорости буксировки V, а также значение целевой функции З в точке экстремума и себестоимость транспортировки кубометра груза.

Анализ результатов расчетов

Для всех перечисленных буксиров оптимальные габариты контейнера L, B, H, Т, скорости буксировки, отвечающие оптимальному контейнеру, а также минимальные себестоимости транспортировки оказались близкими; см. табл. 2. (Точное совпадение оптимальных размеров контейнеров связано с тем, что компьютерная программа, производя оптимизацию, выходит на максимальные их значения, допустимые ограничениями на варьируемые параметры.) Расчетные значения получены для следующих значений входных параметров: общий объем буксируемой щепы W6 = 1000 м3, стоимость оболочки контейнера Соб = 90 руб./м2, дальность транспортировки s = 300 км, глубина судового хода h = 5 м.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011

65