Графическая и аналитическая модель транспортного процесса в сельском хозяйстве

В классической перевозочной теории для определения конечных результатов работы

подвижного состава в тоннах и ткм [1] используются формулы С.Р. Лейдермана [3]:

WQ =

QhYcP^t    и,ч lrwnp’ т; ^Р

ЧнУд l^^VV^l r ^l _r ^P^V m ^t _np

, ткм,

где q н – номинальная грузоподъемность автомобиля, т; γ с – статический коэффициент использования грузоподъемности; β – коэффициент использования пробега; V т – техническая скорость, км/ч; l г – груженый пробег, км; t пр – время погрузки-разгрузки.

Параметры, которые входят в эти формулы, являются технологическими, поскольку в

них отражается технология перевозочных процессов. Однако эти формулы имеют определенный недостаток. Расчеты, проведенные по этим формулам, дают неточные результаты. Принято считать, что производительность в тоннах и ткм, рассчитанная по этим формулам, изменяется монотонно. Однако на самом деле это не так. Приведенные выражения не учитывают цикличность транспортного процесса. А между тем любой транспортный процесс состоит из законченных циклов, в связи с чем процесс является дискретным [2]. Очень важно, чтобы последний транспортный цикл в технологическом процессе был законченным.

Эффективное проектирование технологических процессов перевозки грузов в сельскохозяйственных производственных процессах предусматривает разработку параметров, показывающих, как эффективно используются транспортные средства при определенной перевозочной технологии. Они выявляют места наибольших потерь по каждой транспортной операции и наличие резерва, реализация которого поможет повысить эффективность эксплуата- ции транспортных средств.

Во время транспортных процессов важно не только переместить грузы на определенное расстояние, но и произвести погрузку на определенном участке, а выгрузку - в необходимом месте.

В состав элементарного технологического цикла входят подача подвижного состава для загрузки, перемещение груза (перевозка) и разгрузка груза.

Под технологическим процессом перевозок следует понимать перевозочный процесс, расчлененный на последовательные взаимосвязанные операции и этапы. Все операции неоднородны и различаются по времени их выполнения. Многие из них при объединении являются этапами перевозочных процессов, выполняющих определенную задачу.

Предложены показатели, базирующиеся на таких параметрах, как грузовая и транспортная работа [4]. На их основе разработаны выражения для определения суточной грузовой и транспортной работы, годовой грузовой и транспортной работы для одного автомобиля и парка в целом. Показана графическая интерпретация этих показателей, которая позволит рассчитывать потери технологии перевозочного процесса.

Условия и методы

В связи с вышеуказанным целью данной работы является разработка системы показателей и их графическая визуализация, позволяющая более точно рассчитать выходные данные работы транспортных средств в сельском хозяйстве. Поставлена задача - разработать формулы для более точного расчета производительности транспортных средств с учетом законченности транспортных циклов, представить их графическую интерпретацию в виде параллелепипедов для понятной визуализации.

Элементарный транспортный цикл в виде графической объемной модели показан на рисунке 1 а. Видно, что грузовая работа А Q (объем перевозки) помещена в координаты q , V и t .

Грузовая работа, как номинальное ее значение, выполняемая за время суток:

A q_h = q_H • У ^пр • Т_г = N q_h • Т_э, т,                          (2)

где q н - номинальная грузоподъемность транспортного средства, т; У" ^р - техническая скорость погрузки-разгрузки, т/ч; Т г - время движения с грузом, ч; Nq_h - грузовая мощность, т/ч; Т э -эксплуатационное время за сутки в ч.

Техническая скорость Г' ! погрузки-разгрузки *

Рисунок 1 – Графическая интерпретация объема работ: а - грузовая; б - транспортная

Грузовая работа, выполненная фактически:

^ф = 9 ф • ^ • Г = ^ • 7 Ц , т,                      (3)

где Т ц – сумма циклового времени в течение суток, ч.

Элементарный транспортный цикл в виде графической объемной модели, помещенный в координаты q, V, t показан на рисунке 1 б.

Транспортная работа в номинальном значении за суточное время:

А рн = Ч н • V • Т э , ткм. (4)

Транспортная работа, ее фактическое значение за сутки:

А рф = Ч ф^ Т ц , ткм, (5) где V ц – цикловая скорость движения машины, км/ч; Т ц – суммарное цикловое время за сутки, ч.

Грузовая и транспортная работа с формулами для их расчета соответствует «работе» по предмету «физика» (средняя школа) и упоминается авторами учебника «Автомобильные перевозки» [1, 3].

Параллелепипед, объем которого определяется умножением параметров q н , V ^пр , Т э является суточной грузовой работой (см. формулу 2). За смену грузовую работу можно определить по выражению:

A_Q = Чн^^/т. (6)

Фактическое значение грузовой работы значительно ниже из-за того, что появляются потери: грузоподъемность q н используется не полностью, имеются потери в цикловой скорости погрузки-разгрузки V”^p и недоиспользуется суточный фонд времени. Затемненный параллелепипед на рисунке 2 а выражает фактическое значение грузовой работы. Грузовая работа в виде прозрачных параллелепипедов отражает потери.

Графически изображенные объемы транспортной работы в виде объемов параллелепипедов показаны на рисунке 2 б. Суточную транспортную работуA р н определяют умножением q н , V т и Т э :

А рн = ч н -^-Т_э , ткм. (7)

За всю смену транспортную работу определяют по формуле:

^А Рн = Ч н • ^V T • ^Т см , ^ткм,                                    ⁽⁸⁾

за цикл:

А рн = Ч н • Vt • Т ц , ткм.

Фактическое значение транспортной работы АРф значительно ниже возможного значе- ния, так как появляются потери: номинальная грузоподъемность транспортного средства, цикловое время и годовой фонд времени недоиспользуются. По рисунку 2 б его можно представить как затемненный параллелепипед.

Реальная технология перевозочного процесса в сельском хозяйстве включает в себя операции и этапы. Например, погрузка, включающая операции: в первую очередь необходимо установить транспортное средство и подготовить к погрузке, открыть борта, погрузить, погрузить на ходу, переезжать от одной уборочной машины к другой, уложить, уплотнить, увязать, укрепить грузы и т. д. Их очередность выполнения зависит от технологической особенности перевозочного процесса.

Такую же картину можно наблюдать по каждому из других этапов. Цикл включает суммарное время погрузочных операций, суммарное время движения и суммарное время разгру- зочных операций:

Т ц = Z Т по + Е Т од + Г Т ро , ч.

Технологическое время:

т

1 тех

= Т ц + ^ЕТ т.от

, ч,

где

∑ Т _{т . от} – сумма времени по операциям по устранению технологических отказов (при до-

загрузке, очистке самосвального кузова, бортовые автомобили, разгружающиеся автоопрокидывателями, буксование и т. д.).

Величина времени смены:

Тсм = Ттех + ЕТдсм, ч, где ∑ Тдсм – сумма времени по дополнительным внутрисменным операциям (при получении нарядов, при временных затратах при отдыхе и выполнении личных надобностей, при ежесменном техническом обслуживании и т. д.).

Эксплуатационное время:

Т э =Т см +ЕТ тор , ч,

где ∑ Т _тор – сумма времени при устранении технического отказа машин, при сезонном обслуживании, при переоборудовании, когда осуществляется переход на другие технологии, и т. д.

На рисунке 2 приведена грузовая и транспортная работа в течение одного цикла. В реальном перевозочном процессе за сутки осуществляются транспортные циклы, различающиеся своими параметрами. На рисунке 3 приведены транспортные циклы за суточное время: с 1 , с 2 , с 3 , с 4 , с 5 , с 6 .

Технически скора do гр,' шь разгрузки

Рисунок 2 – Грузовая работа за сутки

Фактическая загрузка автомобиля показана как q 1 , q 2 , q 3 , q 4 , q 5 , q 6 ; скорость погрузки-разгрузки – V 1 ,V 2 ,V 3 ,V 4 ,V 5 ,V 6 ; продолжительность циклов – t 1 , t 2 , t 3 , t 4 , t 5 , t 6 .

Величина грузовой работы за сутки определится из выражения:

а$ -H^VX = Ч ф.ср /> ^пр , т.             (14)

Суточную транспортную работу (рис. 3) определяют по выражению:

А р = S i Ч ф , V ^Tt^ = 9 ф.ср / ₀ ^tc V ^T , ткм,                      (15)

где i – порядковые номера циклов; n – численное значение циклов.

Рисунок 3 – Суточная транспортная работа, включающая шесть транспортных циклов

По автомобильным паркам суточную грузовую и транспортную работу определяют по выражениям:

А 5 =^ ? 9 ф ,Л^ПХ- =^Ч ф.ср,^^ т;         (16)

А р = S j^- X ! ? ф , _; V T t „_|y = Х А^- Ч ф.ср.| J o^tc V ^T , ткм,      (17)

где j – численное значение порядкового номера транспортного средства; k – порядковый номер дня эксплуатации; А э – количество эксплуатирующихся транспортных средств; Д э – число дней в эксплуатации каждого j-го автомобиля.

Выражения, по которым определяется грузовая и транспортная работа для автомобильных парков, приведены ниже:

А ф = S ^ ■ S А ■ S ; ? ф₀Л”P t _Ц1( = V -. ' V ;^-_q: р k Г V .. т;          (18)

А ? = Х Д^- S A ’ S ? » Ф<_Д V Tj_k t ц„ = Х Д - S A¹ Ч ф.ср.₍к J o^tc V ^T , ткм.        (19)

Результаты и обсуждение

Технологический процесс перевозок транспортной системы, представленный графически, отличается визуальной информативностью.

По сравнению с классической теорией автомобильных перевозок [1] предлагаемая система показателей технологии перевозочного процесса дает более точные результаты, а ее графическая интерпретация позволяет визуально быстро и точно увидеть, в каких местах имеются потери для их устранения. Это позволяет получить возможности разрабатывать за счет объемного графика выражения для определения потери по каждому фактору перевозки.

Разработанная система показателей и графическая интерпретация позволяет рассчитывать выходные данные работы транспортных средств значительно точнее по сравнению с [3], так как система параллелепипедов – расчет каждого транспортного цикла - является по сути дискретной. Кроме того, эта система дает возможность определять потери, начиная от элементарного транспортного цикла и кончая годовой производительностью автомобильных транспортных средств.

Выводы

Разработана система показателей для более точного расчета производительности автомобилей, которые базируются на параметрах грузовой и транспортной мощности. Разработаны выражения для определения суточной и годовой производительности одного автомобиля и парка в целом. Приведена графическая интерпретация суточных транспортных циклов, включающих несколько элементарных, где визуально видны все потери, сопутствующие перевозочному процессу. Поставленные цели и задачи в начале данной публикации выполнены. Исследование имеет практическое значение для транспортников, так как позволяет быстро увидеть все потери транспортного процесса для повышения его эффективности.