Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТРАНСПОРТНОГО ОСВОЕНИЯ ЛЕСОСЫРЬЕВЫХ БАЗ

Изобретение относится к транспорту леса, а именно к способам транспортного освоения лесосырьевых баз.

Известен способ транспортного освоения лесосырьевых баз, включающий прокладку магистрали от лесного склада в лесосырьевую базу, прокладку от магистрали под оптимальными углами веток, размещаемых по середине своих зон тяготения, прокладку от веток под прямым углом усов (см. Сухопутный транспорт леса / Под ред. В.И.Алябьева. М.: Лесн. пром-сть, 1990. С.119, 129-131, 139).

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость вывозки древесины.

Известен способ транспортного освоения лесосырьевых баз, включающий прокладку магистрали от лесного склада в лесосырьевую базу, прокладку от магистрали под оптимальными углами веток, размещаемых по середине своих зон тяготения, прокладку от веток под прямым углом усов (см. Ильин Б.А., Кувалдин Б.И. Проектирование, строительство и эксплуатация лесовозных дорог. М.: Лесн. пром-сть, 1982. С.112, 113, 117, 119, 123).

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость вывозки древесины.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ транспортного освоения лесосырьевых баз, включающий прокладку магистрали от лесного склада в лесосырьевую базу, прокладку от магистрали под оптимальными углами веток, размещаемых в своих зонах тяготения со смещением от равновесного положения в сторону лесного склада, прокладку от веток под прямым углом усов (см. Заложных В.М. Изыскания лесных дорог. Воронеж: ВГЛТА, 2005. С.29, 33, 35, 36).

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость вывозки древесины из частей зон тяготения веток, расположенных с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы.

Задача, на решение которой направлено изобретение - снижение энергоемкости вывозки древесины из частей зон тяготения веток, расположенных с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы за счет уменьшения пробега транспортных средств по веткам и грузовой работы на ветках.

Для решения этой задачи в способе транспортного освоения лесосырьевых баз, включающем прокладку магистрали от лесного склада в лесосырьевую базу, прокладку от магистрали под оптимальными углами веток, размещаемых в своих зонах тяготения со смещением от равновесного положения в сторону лесного склада, прокладку от веток усов, согласно изобретению усы в части зоны тяготения ветки, расположенной с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, прокладывают к ветке под углом, равным оптимальному углу примыкания ветки к магистрали, усы в части зоны тяготения ветки, расположенной со стороны лесного склада, прокладывают к ветке под прямым углом, а каждую ветку смещают от равновесного положения в сторону лесного склада на величину a_i, км, равную

где α_i - оптимальный угол примыкания i-й ветки к магистрали, град.;

k_PM - коэффициент развития (удлинения) магистрали;

b_М - удельная стоимость вывозки древесины по магистрали, руб/(м³·км);

d_Bi - ширина зоны тяготения к i-й ветке, км;

k_РУ - коэффициент развития (удлинения) уса;

k_СР - коэффициент, учитывающий долю среднего расстояния вывозки по усу от длины уса;

b_У - удельная стоимость вывозки древесины по усу, руб/(м³·км);

N - количество веток, необходимых для освоения лесосырьевой базы.

В лесосырьевой базе ветки делят свои зоны тяготения на две части: с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, со стороны лесного склада. При прокладке усов в части зоны тяготения ветки, расположенной с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, под прямым углом к ветке, векторы грузопотоков по усам и магистрали расходятся под углом, равным 90°-α, где α - оптимальный угол примыкания ветки к магистрали, град., в результате чего транспортные средства совершают дополнительный пробег по ветке в одну сторону и за один рейс, равный l_Уtg(90°-α), где l_У - длина уса, м. При прокладке усов в части зоны тяготения ветки, расположенной с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, под углом, равным оптимальному углу примыкания ветки к магистрали, векторы грузопотоков по усам и магистрали будут параллельны, в результате чего дополнительный пробег по ветке в одну сторону и за один рейс будет равен l_Уtg0°=0.

Если принять, что в зоне тяготения некоторой ветки в ее части, расположенной с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, длина усов одинаковая, и при их прокладке под прямым углом к ветке протяженность одного уса составляет l_У, то дополнительный пробег транспортных средств по ветке L_ВДоп, км, обусловленный расхождением грузопотоков по усам и магистрали, составит

где k_РВ - коэффициент развития (удлинения) ветки;

Q_Г - объем вывозки древесины из части зоны тяготения ветки, расположенной с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, м³;

k_ИП - коэффициент использования полезной нагрузки транспортными средствами;

Q_П - полезная нагрузка на транспортное средство (на один рейс), м³.

При этом транспортными средствами при проходе по ветке выполняется дополнительная грузовая работа R_ВДoп, м³·км, равная

.

Если в зоне тяготения ветки в ее части, расположенной с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, усы прокладываются под углом, равным оптимальному углу примыкания ветки к магистрали, то L_ВДoп=0, R_ВДoп=0 между направлениями грузопотоков по усам и магистрали равен 0°. Но протяженность одного уса увеличивается на (l_У/sinα-l_У) или на l_У(1/sinα-1), что обуславливает дополнительный пробег по усам L_УДoп, км, равный

где k_СР - коэффициент, учитывающий долю среднего расстояния вывозки по усу от длины уса;

k_РУ - коэффициент развития (удлинения) уса.

При этом транспортными средствами при проходе по усам выполняется дополнительная грузовая работа R_УДoп, м³·км, равная

Найдем отношения L_ВДоп/L_УДоп и R_ВДoп/R_УДоп:

Полученные уравнения показывают, что

Оптимальный угол примыкания ветки к магистрали α составляет 50…60°, примем α=55°, коэффициенты k_РВ, k_СР, k_РУ равны соответственно 1,15; 0,6; 1,2, тогда

Таким образом, при прокладке усов под прямым углом к ветке в части зоны ее тяготения, расположенной с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, дополнительный пробег транспортных средств по ветке и дополнительная грузовая работа по ветке будут в пять раз больше, чем дополнительный пробег транспортных средств по усам и дополнительная грузовая работа по усам при прокладке усов к ветке под углом, равным оптимальному углу примыкания ветки к магистрали. Энергозатраты на вывозку древесины (расход топлива) прямопропорциональны пробегу и грузовой работе, удельный расход топлива на единицу пробега и единицу грузовой работы для усов выше, чем для веток, в 1,5…2 раза, а поэтому предлагаемый способ транспортного освоения лесосырьевых баз обеспечивает снижение энергозатрат на вывозку древесины в 2,5…3 раза из частей зон тяготения веток, расположенных с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы.

Оптимальное смещение ветки от равновесного положения в сторону лесного склада соответствует минимальным затратам на вывозку древесины по усам, ветке и магистрали. Изменение положения ветки приводит к изменению протяженности усов в частях ее зоны тяготения, а следовательно, и среднего расстояния вывозки по усам. Если ликвидный запас древесины в зоне тяготения ветки составляет Q, то при равновесном положении ветки в каждой части зоны тяготения сосредоточено 0,5Q м³ древесины, подлежащей вывозке. После смещения ветки ширина части зоны тяготения ветки, расположенной с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, увеличится на величину asinα, а части, расположенной со стороны лесного склада, наоборот, сократится на эту же величину, а соответственно запасы древесины в частях зоны тяготения ветки будут: в части, расположенной с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, Q(0,5d_B+asinα)/d_B, в части, расположенной со стороны лесного склада, Q(0,5d_B-asinα)/d_B, где d_B - ширина зоны тяготения ветки, км; α - угол примыкания ветки к магистрали.

При условии, что усы в части зоны тяготения ветки, расположенной с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, примыкают к ней под углом α (расположены параллельно направлению грузопотока по магистрали), длина уса в этой части зоны тяготения ветки составит a+0,5d_B/sinα-l_К, где l_К - протяженность глубинного участка лесосеки, в которую ус не прокладывается, км. В части, расположенной со стороны пункта примыкания магистрали, ус примыкает к ветке под углом, равным 90°, а следовательно, имеет длину 0,5d_B-asinα-l_К.

Смещение ветки не изменяет ее параметров (длина, среднее расстояние вывозки, тип покрытия) и параметров зоны тяготения (запас древесины, ширина зоны тяготения), а следовательно, величина затрат на вывозку древесины по ветке не изменяется в зависимости от величины ее смещения.

Положение магистрали не изменяется при принятых условиях размещения ветки, а следовательно, затраты на строительство, ремонт и содержание магистрали остаются прежними, а вот расстояние вывозки по магистрали от рассматриваемой ветки зависит от параметра размещения ветки а и составляет l_М+k_РМ(0,5d_B-a), где l_М - расстояние по магистрали от ее пункта примыкания до ближней границы зоны тяготения ветки, км; k_РМ - коэффициент развития (удлинения) магистрали. Таким образом, на основе изложенного можно утверждать, что оптимальное значение параметра смещения ветки а следует обосновывать по минимуму затрат на вывозку по усам и магистрали, выраженных как функция параметра размещения ветки а. Минимум данной функции определяется приравниванием ее производной к нулю и соответствует значению а, км, равному

где b_М - удельная стоимость вывозки древесины по магистрали, руб/(м³·км);

b_У - удельная стоимость вывозки древесины по усу, руб/(м³·км).

На чертеже изображена схема прокладки веток и усов в зонах тяготения веток.

Способ транспортного освоения лесосырьевых баз осуществляется следующим образом. Прокладывают магистраль 1 от лесного склада 2 в осваиваемую лесосырьевую базу. Ветки 3 прокладывают в границах своих зон тяготения 4 под оптимальными углами α_i к магистрали 1 и со смещением a_i, км, от равновесного положения 5 в сторону лесного склада 2, определяемым по формулам:

где b_Bi - удельная стоимость вывозки древесины по i-й ветке, руб/(м³·км);

k_РМ - коэффициент развития (удлинения) магистрали;

b_М - удельная стоимость вывозки древесины по магистрали, руб/(м³·км);

d_Bi - ширина зоны тяготения к i-й ветке, км;

k_РУ - коэффициент развития (удлинения) уса;

k_СР - коэффициент, учитывающий долю среднего расстояния вывозки по усу от длины уса;

b_У - удельная стоимость вывозки древесины по усу, руб/(м³·км);

N - количество веток, необходимых для освоения лесосырьевой базы.

Усы 6 в части 7 зоны тяготения i-й ветки, расположенной с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, прокладывают к i-й ветке 3 под углом, равным оптимальному углу примыкания ветки к магистрали α_i, а усы 8 в части 9 зоны тяготения i-й ветки, расположенной со стороны лесного склада 2, прокладывают к i-й ветке 3 под прямым углом.

Предлагаемый способ транспортного освоения лесосырьевых баз обеспечивает снижение энергоемкости вывозки древесины, он может быть реализован при схемах транспортного освоения лесосырьевых баз: глубинной, с последовательным продвижением в лес, при схемах размещения путей в лесосырьевых базах: вильчатой, в елочку, комбинированной, с двумя расходящимися магистралями.