Voronezh, Russian Federation
UDK 629 Техника средств транспорта
The necessity of using timber trucks with trailers in order to increase the productivity of hauling timber has been substantiated. The advantages of using timber trucks with trailers over single timber trucks are described. The analysis of scientific works of foreign authors in the field of increasing the efficiency of timber trucks with trailers is carried out. An assessment was made of the operation of timber trucks with trailers in the existing conditions for the transportation of timber in the Russian Federation. The negative factors limiting the efficiency of timber-carrying road trains are revealed. The most significant factor, which can lead to dangerous consequences, is highlighted, which consists in the emergence of critically large forces in the coupling device of a timber road train during sudden braking. Changes in the braking forces of the bridges of a logging vehicle with a trailer during sharp braking, as well as three possible cases of interaction when braking a logging vehicle with a trailer, are considered. A promising design of a recuperative pneumohydraulic coupling device for a timber truck with a trailer has been proposed.
FOREST VEHICLE, TRAILER, PNEUMATIC HYDRAULIC HITCH DEVICE, ENERGY RECOVERY, EFFICIENCY, FOREST ROAD, TOR-BRAIN PROCESS.
|
DOI:
|
|
|
УДК 629.3.-17
|
|
|
05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта
|
|
|
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕСОВОЗНОГО АВТОПОЕЗДА ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕКУПЕРАТИВНОГО ПНЕВМО-ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СЦЕПНОГО УСТРОЙСТВА
|
Improving the efficiency of the forest trading By using a recuperative pneumatic hydraulic coupling device
|
|
Посметьев Валерий Иванович доктор технических наук, профессор, профессор кафедры машиностроительных технологий ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, РФ
|
Posmetev Valerii Ivanovich doctor of technical sciences, professor, professor of the department of engineering technologies Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov", Voronezh, RF
|
|
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры производства, ремонта и эксплуатации машин ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, РФ e-mail: 8888nike8888@mail.ru
|
candidate of technical sciences, associate professor, associate professor of production, repair and operation of cars Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov", Voronezh, RF e-mail: 8888nike8888@mail.ru
|
|
Сизьмин Игорь Валерьевич аспирант кафедры производства, ремонта и эксплуатации машин ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, РФ
|
Sizmin Igor Valerevich post-graduate student of department of production, repair and operation of cars Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov", Voronezh, RF
|
|
Аннотация. Обоснована необходимость использования с целью повышения производительности вывозки лесоматериалов, лесовозных автомобилей с прицепами. Описаны преимущества применения лесовозных автомобилей с прицепами перед одиночными лесовозными автомобилями. Выполнен анализ научных работ зарубежных авторов в области повышения эффективности лесовозных автомобилей с прицепами. Произведена оценка эксплуатации лесовозных автомобилей с прицепами в существующих условиях вывозки лесоматериалов в РФ. Выявлены негативные факторы ограничивающие эффективность лесовозных автопоездов. Выделен наиболее существенный фактор, который может привести к опасным последствиям, заключающийся в возникновении при резком торможении в сцепном устройстве лесовозного автопоезда критически больших усилий. Рассмотрено изменение тормозных сил мостов лесовозного автомобиля с прицепом при резком торможении, а также три возможных случая взаимодействия при торможении лесовозного автомобиля с прицепом. Предложена перспективная конструкция рекуперативного пневмогидравлического сцепного устройства для лесовозного автомобиля с прицепом.
|
Annotation. The necessity of using timber trucks with trailers in order to increase the productivity of hauling timber has been substantiated. The advantages of using timber trucks with trailers over single timber trucks are described. The analysis of scientific works of foreign authors in the field of increasing the efficiency of timber trucks with trailers is carried out. An assessment was made of the operation of timber trucks with trailers in the existing conditions for the transportation of timber in the Russian Federation. The negative factors limiting the efficiency of timber-carrying road trains are revealed. The most significant factor, which can lead to dangerous consequences, is highlighted, which consists in the emergence of critically large forces in the coupling device of a timber road train during sudden braking. Changes in the braking forces of the bridges of a logging vehicle with a trailer during sharp braking, as well as three possible cases of interaction when braking a logging vehicle with a trailer, are considered. A promising design of a recuperative pneumohydraulic coupling device for a timber truck with a trailer has been proposed.
|
|
Ключевые слова: ЛЕСОВОЗНЫЙ АВТОМОБИЛЬ, ПРИЦЕП, ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СЦЕПНОЕ УСТРОЙСТВО, РЕКУПЕРАЦИЯ ЭНЕРГИИ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ЛЕСОВОЗНАЯ ДОРОГА, ПРОЦЕСС ТОРМОЖЕНИЯ. |
Keywords: FOREST VEHICLE, TRAILER, PNEUMATIC HYDRAULIC HITCH DEVICE, ENERGY RECOVERY, EFFICIENCY, FOREST ROAD, TOR-BRAIN PROCESS.
|
|
1Автор для ведения переписки |
|
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Анализируя современное состояние вывозки лесоматериалов во всем мире и на территории РФ, можно отметить, что важнейшим средством повышения производительности труда на автомобильном транспорте в сложных дорожных условиях, является применение лесовозных автопоездов, в частности лесовозных автомобилей с прицепами. Это объясняется тем, что им, в сравнении с одиночными лесовозными автомобилями, присущи следующие специфические особенности, способствующие более предпочтительному использованию в процессе вывозки лесоматериалов: применение прицепов дает возможность повысить грузоподъемность и вместимость лесовозного автопоезда без значительного усложнения его конструкции, а также с большей эффективностью задействовать в работе мощность двигатель автопоезда; себестоимость изготовления прицепов, затраты на их техническое обслуживание и ремонт существенно ниже, а надежность в сравнении с лесовозным автомобилем одинаковой грузоподъемности выше за счет отсутствия сложных агрегатов и систем; делимость лесовозного автомобиля с прицепом, позволяющая в зависимости от предлагаемого маршрута вывозки лесоматериалов, дорожных и климатических условий использовать для вывозки лесоматериалов или одиночный лесовозный автомобиль, или лесовозный автомобиль с прицепом, и тем самым добиваться наибольшей производительности лесовозного транспортного средства, а также сокращения простоев, связанных с погрузочно-разгрузочными работами. На основании выделенных преимуществ использование лесовозных автомобилей с прицепами дает возможность значительно улучшить экономические показатели вывозки лесоматериалов в сравнении с одиночными лесовозными автомобилями. Применение лесовозных автомобилей с прицепами позволяет поднять производительность труда водителей примерно в два раза, чем при использовании одиночных лесовозных автомобилей, уменьшив тем самым потребность в числе водителей. При этом себестоимость вывозки лесоматериалов снижается на 25-30 % в зависимости от расстояния вывозки, а расход топлива на тонну вывозимых лесоматериалов уменьшается примерно на 40 %. При использовании прицепов для вывозки лесоматериалов можно снизить нагрузку на ось, что благоприятно отразится на сроке службы дорожного покрытия лесовозной дороги [1, 2, 3].
Преимущества использования лесовозных автомобилей с прицепами также подтверждаются многими научными исследованиями зарубежных авторов.
Teijo Palander [4] в своей работе на основе метода синхронизированных расчетов исследовал влияние различных по грузоподъемности лесовозных автомобилей с прицепами на количество вредных выбросов в окружающую среду. Выявлено, что даже использование для вывозки лесоматериалов лесовозных автомобилей с прицепами общей массой 76 тонн в сравнении с лесовозным автопоездом меньшей грузоподъемности 60 тонн позволяет снизить количество вредных выбросов в окружающую среду на 6,2 %.
Trzcinski Grzegorz и др. [5] в своей работе исследовали влияние влажности различных пород вывозимых лесоматериалов на изменение распределения массы по осям лесовозных автомобилей с прицепами. Выявлено, что общий вес лесовозных автопоездов зависит от веса порожнего автопоезда и веса вывозимых лесоматериалов. Кроме этого, обнаружено, что с изменением влажности лесоматериалов полная масса лесовозных автопоездов заметно различается и превышает в большинстве случаев допустимые действующими правилами дорожного движения значения. Наиболее значительное различие массы лесоматериалов с различной влажностью наблюдалось в осенний сезон заготовки лесоматериалов. Также результаты исследования показали, что у пятиосных лесовозных автомобилей с прицепами в сравнении с шестиосными нагрузка на оси распределяется равномернее.
Marijan Susnjar и др. [6] в своей работе исследовали на основе разработанной измерительной переносной платформы влияние массы вывозимых лесоматериалов на осевые нагрузки в лесовозном автомобилем с прицепом. Выявлено, что для повышения массы перевозимых лесоматериалов лесовозным автомобилем с прицепом необходимо использовать при изготовлении прицепа и гидравлического манипулятора современные более легкие материалы.
Zdravko Pandur и др. [7] в своей работе исследовали процесс изменения расхода топлива лесовозных автомобилей с прицепами при их движении с лесоматериалами и без них по лесовозным дорогам с различными продольными уклонами. Выявлено, что при движении незагруженного лесоматериалами лесовозного автомобиля с прицепом с уклоном лесовозной дороги 9,5 %, расход топлива составляет 1,6 л/км, при уклоне 3,5 % – 0,7 л/км. При движении загруженного лесоматериалами лесовозного автопоезда без уклона лесовозной дороги, расход топлива составляет 1,21 л/км, при уклоне 8 % – 3 л/км. Лесовозный автомобиль с прицепом с номинальной загрузкой лесоматериалами потребляет в среднем в 2,5 раза больше топлива на той же лесовозной дороге с исследуемым уклоном по сравнению с незагруженным лесовозным автомобилем с прицепом. Кроме этого определено, что количество вредных выбросов в несколько раз меньше при движении груженного лесовозного автомобиля с прицепом вниз по склону по сравнению с движением этого же лесовозного автопоезда вверх по склону.
Claes Lofroth и др. [8] в своей работе исследовали эффективность лесовозного автомобиля с прицепом общей длинной 30 м, максимальной полной массой 90 тонн. Выявлено, что такой лесовозный автопоезд за два рейса может перевести такой же объем лесоматериалов, что и три традиционных 60 тонных лесовозных автомобилей с прицепами. Вредные выбросы у исследуемого лесовозного автопоезда на 20 % ниже, износ лесовозной дороги не увеличивается, так как вся масса лесоматериалов равномерно распределена по большому количеству осей автопоезда, причем негативного воздействия на безопасность дорожного движения не выявлено.
Maks Brown и др. [9] в своей работе исследовали нагрузки на осях лесовозных автомобилей с прицепами, которые варьировалась от 0,5 до 6, 4 тонн. Выявлено, что в большинстве случаев лесовозные автомобили с прицепами в процессе вывозки лесоматериалов недогружаются, что приводит к существенному увеличению финансовых затрат на данный процесс лесозаготовительными предприятиями. Предлагается для повышения эффективности вывозки использовать более точные методы взвешивания лесовозных автопоездов на погрузочных площадках перед их отправкой.
R. Mousavi и др. [10] в своей работе выполнили анализ затрат времени, а также изменения производительности лесовозных автомобилей с прицепами в процессе вывозки лесоматериалов
1. Trofimov V. I. Avtomobilnie pricepi [Car trailers]. State Scientific and Technical Publishing House of Engineering Literature, Moscow, 1953. - 180 p. (In Russ.).
2. Visockii M. S., Grishkevich A. I., Gileles L. H. i dr. Podvijnoi sostav [Rolling stock]. Textbook. allowance. Mn. : Vys. shk., 1989. - 240 p. (In Russ.).
3. Turevskii I. S. Teoriya avtomobilya [Car theory]. Moscow : Higher school, 2005. - 240 p. (In Russ.).
4. Teijo Palander The environmental emission efficiency of larger and heavier vehicles - A case study of road transportation in Finnish forest industry. Journal of Cleaner Production 155 (2017) 57-62 : doi :https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.09.095.
5. Grzegorz Trzcinski, Tadeusz Moskalik, Rafał Wojtan Total Weight and Axle Loads of Truck Units in the Transport of Timber Depending on the Timber Cargo. Forests 2018, 9, 164 : doi :https://doi.org/10.3390/f9040164.
6. Šušnjar Marijan, Horvat Dubravko, Pandur Zdravko, Zorić, Marko Axle Load Determina-tion of Truck with Trailer and Truck with Semitrailer for Wood Transportation. Croatian journal of forest engineering (1845-5719) 32 (2011), 1 379-388.
7. Zdravko Pandur, Hrvoje Nevečerel, Marijan Šušnjar, Marin Bačić, Kruno Lepoglavec En-ergy Efficiency of Timber Transport by Trucks on Hilly and Mountainous Forest Roads. Forestist, August 27, 2021 : doi : 10.5152/ forestist.2021.21012.
8. C. Löfroth, Lena Larsson, J. Enström, G. Svenson, J. Aurell Ett - a modular system for forest transport a three-year roundwood haulage test in Sweden. Setting future standards: interna-tional symposium on heavy vehicle transport technology - HVTT12: Stockholm, Sweden, 16-19 September 2012. - 18 p.
9. Mark Brown, Mohammad Reza Ghaffariyan Timber Truck Payload Management with Different In-Forest Weighing Strategies in Australia. Croat. j. for. eng. 37 (2016) 1. pp. 131-138.
10. R. Mousavi, R. Naghdi Time consumption and productivity analysis of timber trucking using two kinds of trucks in northern Iran. J. FOR. SCI., 59, 2013 (5) : 211-221.
11. Grzegorz Trzciński, Waldemar Sieniawski, Tadeusz Moskalik Effects of Timber Loads on Gross Vehicle Weight. Folia Forestalia Polonica, series A, 2013, Vol. 55 (4), 159-167 : doi :https://doi.org/10.2478/ffp-2013-0017.
12. Anttila P., Nummelin T., Väätäinen K., Juha Laitila J. The effect of winter weather on timber truck tare weights. Silva Fennica vol. 54 no. 4 article id 10385. 16 p. : doi :https://doi.org/10.14214/sf.10385.
13. Marko Zorić, Marijan Šušnjar, Zdravko Pandur, Kristijan Mihaljević Fuel consumption and greenhouse gas emission in timber haulage in croatian forestry. Nova meh. šumar. 35(2014). - pp. 89-97.
14. SP 318.1325800.2017. Dorogi lesnie, pravila ekspluatacii [SP 318.1325800.2017. Forest roads, operating rules]. Moscow Standartinform, 2018. - 42 p. (In Russ.).
15. Pochinkov S. V. Problemi rossiiskogo lesopolzovaniya [Problems of Russian forest man-agement]. Vologda: b.i., 2015. - 359 p. (In Russ.).
16. Nikonov V. O. Sovremennoe sostoyanie, problemi i puti povisheniya effektivnosti lesovoz-nogo avtomobilnogo transporta [Current state, problems and ways to improve the efficiency of timber road transport]. Ministry of Education and Science of the Russian Federation, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "VGLTU". - Voronezh, 2021. - 202 p. (In Russ.).
17. Keller S. D. Konstrukcii, raschet i ispitaniya avtopricepov [Design, calculation and testing of trailers]. M. ; L. : Gizmestprom, 1939. - 159 p. (In Russ.).
18. Igitov Sh. M. Povishenie effektivnosti uborochno_transportnih zvenev primeneniem avto-poezdov s dempfiruyuschim tyagovo-scepnim ustroistvom : v usloviyah Respubliki Dagestan [Increasing the efficiency of harvesting and transport links by using road trains with a damper towing coupling: in the conditions of the Republic of Dagestan]. dissertation ... Candidate of technical sciences : 05.20.01 / Igitov Shamil Magomedovich ; [Place of protection: Sarat. state agrarian un-t them. NI Vavilov]. - Makhachkala, 2014. - 199 p. (In Russ.).
19. V I Posmetev, V O Nikonov and V V Posmetev Computer Simulation of the Recupera-tive Towing Coupler of a Forest Truck with a Trailer // Lesnoy Zhurnal (Russian forestry journal), 2019, № 4. - pp. 108-123 : doi :https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.4.108.
20. Nikonov V. O., Posmetev V. I., Yakovlev K. A. Rekuperaciya gidravlicheskoi energii v tyagovo_scepnom ustroistve lesovoznogo avtomobilya s pricepom [Recovery of hydraulic energy in the towing hitch of a timber truck with a trailer]. Forestry journal. - 2018. - № 4. - P. 230-239 : doi: 10.12737 / article_5c1a323b1d0433.96668845. (In Russ.).
21. Posmetev V. I., Nikonov V. O., Posmetev V. V., Sizmin I. V. Imitacionnaya model ocenki effektivnosti lesovoznogo avtopoezda, osnaschennogo rekuperativnim pnevmogidravliches-kim tyagovo-scepnim ustroistvom [Simulation model for evaluating the efficiency of a timber road train equipped with a recuperative pneumohydraulic towing device]. Forestry journal. - 2020. - T. 10. - №. 4 (40). - S. 181-196 : doi : 10.34220 / issn.2222-7962 / 2020.4 / 15. (In Russ.).
22. Patent for invention №. 2713755 RF, IPC B60D 1/14. Spring-hydraulic traction-coupling device of a road train / V. I. Posmetyev, V. O. Nikonov, V. V. Posmetiev, M. A. Malyukova ; ap-plicant FGBOU VGLTU named after G. F. Morozov. - №. 2019114304 ; declared 05.07.2019 ; publ. 02.07.2020. (In Russ.).
23. Patent for invention №. 2729005 RF, IPC B60D 1/14, B60D 1/145, B60D 1/155. Pneu-mo-hydraulic traction-coupling device of a road train / V. I. Posmetyev, V. O. Nikonov, V. V. Posmetiev; applicant FGBOU VGLTU named after G.F. Morozov. - №. 2019144210 ; declared 12.24.2019 ; publ. 08.03.2020. (In Russ.).
24. Certificate of state registration of a computer program. A program for modeling the movement of a timber road train with a recuperative traction coupling / V. I. Posmet'ev, V. O. Ni-konov, V. V. Posmetiev; copyright holder Voronezh State Forestry University named after G. F. Morozov. - №. 2019618402 ; declared 06.14.2019 ; registered in the Register of Computer Pro-grams 07.01.2019. (In Russ.).
25. Certificate of state registration of a computer program. A program for modeling the movement of a timber road train with a recuperative pneumohydraulic towing device / V. I. Posmet'ev, V. O. Nikonov, V. V. Posmetyev; copyright holder Voronezh State Forestry University named after G.F. Morozova. - №. 2020661429 ; declared 09.15.2020 ; registered in the Register of computer programs on 09.23.2020. (In Russ.).
26. Nikonov V. O., Posmetev V. I., Juravlev R. V. Analiz konstruktivnih osobennostei tyagovo-scepnih ustroistv gruzovih avtomobilei s pricepami [Analysis of the design features of the towing couplers of trucks with trailers]. Voronezh Scientific and Technical Bulletin. - 2018. - T. 4, №. 4 (26). - S. 13-24. Access mode: http://vestnikvglta.ru/arhiv/2018/4-4-26-2018/13-24.pdf. (In Russ.).
27. Posmetev V. I., Nikonov V. O., Sizmin I. V., Latinin A. V. Analiz effektivnosti tradicion-nih i perspektivnih konstrukcii scepnih ustroistv pricepov s transportnimi sredstvami [Analysis of the effectiveness of traditional and advanced designs of coupling devices for trailers with vehicles]. Voronezh Scientific and Technical Bulletin. - 2020. - T. 1, №. 1 (31). - S. 58-86. Access mode: http://vestnikvglta.ru/arhiv/2020/1-31-2020/58-86.pdf - Title. from the screen. (In Russ.).
28. Posmetev V. I., Nikonov V. O., Avdyuhin A. V., Sizmin I. V. Ocenka aktualnosti prime-neniya v konstrukciyah lesovoznih avtopoezdov rekuperativnih scepnih ustroistv [Assessment of the relevance of the use of recuperative coupling devices in the structures of timber road trains]. Materials of the All-Russian scientific and technical conference "Problems of road transport opera-tion and ways to solve them on the basis of advanced technologies", 2021. - P. 8-11 : doi : 10.34220 / ITRT2021_30-33. (In Russ.).
