253

обслуживания и затраты на переработку грузов в каждой подсистеме. Множество таких подсистем представлено в виде

Каждая подсистема характеризуется затратами на выполнение определенных технологических операций и временем их выполнения.

Взаимодействие подсистем терминальной системы должно обеспечивать высокое качество транспортного обслуживания и при установленной степени надежности обеспечивать минимальное время задержек в каждой подсистеме и минимальное время передвижения грузопотока в целом:

нахождения грузопотока в h-йфазе, ч; n – количество фаз терминала, ед. Реализация логистического подхода при рассмотрении сложных систем предусматривает учет интересов всех участников транспортного процесса. В качестве основного критерия эффективности функционирования системы рассматриваются затраты на транспортное обслу-

живание грузовладельцев.

Критерий эффективности функционирования терминальной системы может быть основан на снижении совокупных затрат на обработку груза

где t автпр – среднее время простоя одного автомобиля, ч; r – количество автомобилей в очереди, ед.; t пер – среднее время переработки партии груза на терминале, ч; m – объем партии груза, т; tiперспр – среднее время простоя обслуживающего персонала i-й квалификации, ч; Ciсод , Csсод.обор – затраты на содержание одного сотрудника i-й квалификации

191

и s-го вида оборудования соответственно, у.е.; hi – количество персо-

нала i-й квалификации, чел.; t обор – среднее время простоя j-го вида оборудования, ч; Сsобор – стоимость одного часа простоя s-го вида оборудования у.е./ч; Bеs – энергозатраты на функционирование s-го вида оборудования, у.е.; Zsобор – количество механизмов s-го вида, ед.; См.п – стоимость межтерминальной перевозки, у.е.; Cп−р – стоимость достав-

ки груза на терминал (с терминала) во время сбора (развоза), у.е. Имитационную модель процесса функционирования терминаль-

ной системы целесообразно формализовать на основе аппарата сетей Петри, который позволяет задавать временные, вероятностные, весовые и другие параметры и исследовать работоспособность и бесперебойность работы системы в целом. Выявление закономерностей поведения системы обусловит формирование ресурсосберегающих технологий в зависимости от характеристик входящего грузопотока.

Выводы. Таким образом, на основе проведенных исследований и анализа отдельных технологических процессов терминальной системы доставки грузов выявлена проблема необходимости повышения ее конкурентоспособности на основе требований интероперабельности, что обусловливает необходимость формирования и внедрения новейших технологий с обеспечением взаимодействия отдельных подсистем и синхронности в процессе функционирования терминальной системы.

Разработана структурная схема терминального комплекса, которая учитывает внутренние взаимосвязи между элементами системы, а также отражает преобразование входных параметров на выходные.

Предложена математическая формализация процесса формирования рациональной технологии функционирования терминальной системы с учетом интересов всех субъектов вусловиях ресурсосбережения.

Предложено в качестве критериев эффективности применять показатель качества транспортного обслуживания, который учитывает рыночные условия при удовлетворении требований потребителей транспортных услуг, и удельные затраты на переработку груза на терминале. Такой подход позволяет в зависимости от характеристик и параметров входного грузопотока или удовлетворить маркетинговые потребности грузовладельцев и получить синергетический эффект, или, в случае отсутствия особых требований потребителей относительно

192

ускоренной переработки, достичь логистических целей системы и минимизировать удельные затраты.

Предложен критерий эффективности функционирования терминальной системы, который основан на снижении совокупных затрат на обработку груза за счет применения ресурсосберегающей технологии.

Определено, что имитационную модель процесса функционирования терминальной системы целесообразно формализовать на основе аппарата сетей Петри, что позволит исследовать временные характеристики работы системы, установить закономерности изменения технологических параметров и определить их оптимальные значения в рыночных условиях.

Перспективные направления исследования: имитационное моделирование процесса функционирования терминальной системы; определение оптимальных технологических параметров терминальной системы с учетом рационального взаимодействия субъектов доставки; определение уровня экономии ресурсов разных видов при применении рациональной технологии доставки.

Список литературы

1.Миротин Л.Б., Бульба А.В., Демин В.А. Логистика, технология, проектирование складов, транспортных узлов и терминалов. – Ростов н/Д:

Феникс, 2009. – 408 с.

2.Ларин О.Н. Методология организации и функционирования транспортных систем регионов: монография. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. – 205 с.

3.Прокофьева Т.А., Лопаткин О.М. Логистика транспортно-рас- пределительных систем: Региональный аспект. – М.: РосКонсульт, 2003. – 400 с.

4.Шраменко Н.Ю. Особенности и проблемы функционирования транспортно-складского комплекса в современных условиях // Проблемы и перспективы развития Евроазиатских транспортных систем: материалы 3-й Междунар. науч.-практ. конф. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2011. – С. 251–256.

5.Шраменко Н.Ю. Формализация процесса функционирования грузового терминала // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: материалы междунар. науч.-практ. конф. –

Пермь, 2012. – Т. 2. – С. 242–247.

193

6. Шраменко Н.Ю. Определение закономерностей изменения технологических параметров терминального комплекса в условиях ресурсосбережения // Транспорт, екология – устойчиво развитие: Междунар. сб. доклади. – Варна: Техническиуниверситет, 2011. – Т. 18. – С. 544–550.

Получено 6.03.2013

N.Y. Shramenko

METHODOLOGICAL APPROACHES TO CHARACTERIZE OF TERMINAL SYSTEMS OPERATION IN THE CONDITIONS OF RESOURCES SAVING

Methodological approaches to characterize the process of terminal systems operation in order to enhance their competitiveness in the freight haulage market are proposed.

Keywords: terminal systems, the efficiency criterion, a mathematical characterization.

Шраменко Наталья Юрьевна (Харьков, Украина) – кандидат технических наук, доцент Харьковского национального автомобильнодорожного университета (61002, г. Харьков, ул. Петровского, 25, e-mail: nshramenko@gmail.com).

Shramenko Natalia Yurjevna (Kharkov, Ukraine) – Ph.D. of Technical Sciences, Associate Professor, Kharkov National Automobile and Highway University (25, Petrovsky st., Kharkov, 61002, Ukraine, e-mail: nshramenko@gmail.com).

194

УДК 625.731

Б.С. Юшков, А.М. Бургонутдинов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

ОБ ОДНОМ ПОДХОДЕ К НАДЕЖНОСТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ПЕРМСКОГО КРАЯ

Рассмотрены вопросы повышения надежности автомобильных дорог для Пермского края. Проанализированы применяемые методики учета сезонного изменения водно-теплового режима земляного полотна. Даны предложения по увеличению сроков службы дорожных конструкций.

Ключевые слова: надежность, водно-тепловой режим, земляное полотно, теплообмен, влагонакопления, тепломассоперенос, теплопроводность.

Пути и методы обеспечения надежности дорожных конструкций нашли отражение в трудах В.К. Апестина, В.Ф. Бабкова, А.К. Бируля, В.В. Болотина, А.П. Васильева, А.И. Долганова, И.А. Золоторя, В.Д. Казарновского, М.Б. Корсунского, А.М. Кулижникова, В.П. Носова, В.А. Семенова, В.М. Сиденко, В.В. Сильянова, А.В. Смирнова, В.В. Ушакова, В.Н. Шестакова и других исследователей.

Под надежностью автомобильных дорог понимается их способность выполнять определенные задачи в естественных условиях эксплуатации с заданным сроком службы.

Надежность автомобильных дорог – это сложная комплексная характеристика, на ее обеспечение влияют различные конструктивные элементы автомобильной дороги, как в отдельности, так и в совокупности. Выход из строя или отказ одного из элементов может вызвать общий отказ всей дороги. Для характеристики безотказной работы такого значительного по протяжению комплексного сооружения, которым является автомобильная дорога, подходит понятие нерезервированной системы с постоянно включенным резервом.

Одним из резервов безотказной работы автомобильной дороги является регулирование водно-теплового режима земляного полотна [1].

Земляное полотно – инженерное сооружение, рассчитанное на длительный срок службы. В нем возникают и накапливаются дефекты и деформации [2].

195

Дефекты являются следствием недоработок при проектировании земляного полотна, его защитных и укрепительных сооружений, нарушении технологического процесса и временной эксплуатации дороги, неудовлетворительного содержания и ремонта.

Деформации земляного полотна возникают в следующих случаях: при недостаточной несущей способности грунтов, из которых оно возведено; несоответствии дорожной конструкции автомобильным нагрузкам; при недостаточной защите грунтов земляного полотна от неблагоприятных воздействий климатических и инженерно-геологичес- ких факторов. Низкое качество содержания земляного полотна, когда не обеспечивается отвод поверхностных и грунтовых вод, несвоевременно устраняются мелкие повреждения защитных и укрепительных устройств, не ликвидируются причины снижения несущей способности дорожной конструкции, а также имеют место другие нарушения, приводит к перерастанию незначительных на первый взгляд повреждений в опасные деформации, угрожающие безопасности дорожного движения, и снижению сроков службы автомобильной дороги [3].

Практика строительства подтверждает результаты многочисленных исследований, свидетельствующих, что наилучшее качество земляного полотна достигается при использовании грунтов с оптимальной влажностью. При оптимальной влажности грунтов достигается не только максимальная производительность землеройно-транспортных машин, но и минимальные затраты на уплотнение грунтов. Например, при использовании глинистых грунтов повышенной влажности с числом пластичности более 12 следует учитывать неизбежное снижение производительности землеройно-транспортных машин и уплотняющей техники [1].

Конструктивные изменения, происходящие в дорожной конструкции, сводятся к созданию условий, при которых грунт земляного полотна повышенной влажности (в процессе уплотнения или эксплуатации) передает лишнюю влагу соседним слоям, поэтому необходимо учитывать процесс влагонакопления не только в рабочем слое, но и в слоях дорожной одежды.

Разработанная на основе физико-технической теории методика В.А. Ярмолинского «Расчет сезонного изменения водно-теплового режима земляного полотна в условиях избыточного увлажнения и глубокого сезонного промерзания грунта» позволяет рассматривать процесс

196

влагонакопления в грунте как двухмерный. Применительно к поставленной задаче водно-тепловой режим земляного полотна зависит от нескольких факторов: расстояния рассматриваемого грунтового массива от источников увлажнения и степени их влияния; условий отвода атмосферных осадков с поверхности дороги; влагопроводных характеристик грунта; характера теплообменного процесса с атмосферой на границе рассматриваемого массива грунта обочины и телом земляного полотна. Причем влияние источников увлажнения неоднозначно [4].

Внешние источники влагонакопления 1, 2, 3 формируют темпе- ратурно-влажностный режим в грунтовом массиве обочины А, который в виде внутреннего источника 4 взаимодействует с грунтовым массивом тела земляного полотна под проезжей частью Б (рисунок). Для того чтобы оценить водно-тепловой режим земляного полотна, необходимо последовательно проанализировать влияние источников 1, 2, 3 на процесс влагонакопления в грунтовом массиве А, а затем рассмотреть процесс тепломассообмена в грунте под обочинами А ипроезжей частью Б.

Рис. Источники увлажнения земляного полотна: 1 – инфильтрационно-пленочное увлажнение атмосферными осадками; 2 – капиллярно-пленочное увлажнение от поверхностных вод и верховодки; 3 – капиллярно-пленочное и диффузное увлажнение от грунтовых вод и верховодки; 4 – капиллярно-пленочное и диффузное увлажнение за счет разности потенциалов влажности и температуры в грунте под проезжей частью и обочинами; А – грунтовый массив земляного полотна под

обочинами; Б – грунтовый массив тела земляного полотна под проезжей частью

Если влияние источников 1, 2, 3 достаточно изучено и можно использовать существующие методы расчета влагонакопления в теле грунтового массива А под воздействием источников увлажнения 1, 2, 3, то характер тепломассообмена между грунтовыми массивами А и Б

197

недостаточно изучен. А именно от характера этого процесса в конечном итоге зависит водно-тепловой режим дорожной конструкции.

Это влияние будет зависеть от характера потенциалов тепломассопереноса. Иными словами, представим, что потенциал тепломассопереноса в массиве А выше, чем в массиве Б, следовательно, влага из массива обочины будет перемещаться в массив тела земляного полотна, обусловливая избыточное влагонакопление и пучение грунта под дорожной одеждой, что крайне нежелательно.

Фактором, обусловливающим разность потенциалов в массивах А и Б, чаще других является перепад температур. Промерзание дорожной конструкции идет быстрее под проезжей частью, следовательно, за счет разности потенциалов осуществляется перемещение влаги из-под обочины в тело земляного полотна. При этом механизм этого процесса слагается из диффузного (начало промерзания) и пленочного перемещения влаги к границе льдообразования.

В весенний период наблюдается обратная ситуация: под проезжей частью оттаивание быстрее происходит, чем под обочинами, при этом выводящие дренажные слои, находящиеся в мерзлом состоянии, не работают, что свидетельствует о существенном конструктивном недостатке традиционной дорожной одежды.

Основной принцип регулирования водно-теплового режима в рассматриваемых условиях можно сформулировать следующим образом: конструкция дорожной одежды и земляного полотна должна обеспечивать внутреннее осушение массива грунта Б при его промерзании.

Чтобы достичь поставленной задачи, достаточно уравнять тепловое сопротивление дорожной конструкции под проезжей частью и под обочинами. Для этого необходимо обеспечить условие

RДО ≥RОБ,

где RДО – суммарное тепловое сопротивление дорожной одежды и рабочего слоя земляного полотна под проезжей частью; RОБ – суммарное теп-

ловое сопротивление рабочего слоя земляного полотна под обочинами. Для практических расчетов эффективности того или иного меро-

приятия применяется численное решение уравнения теплопроводности, полученное и реализованное в алгоритме и программном комплексе В.В. Пасека для решения задачи Стефана [4]:

198

– для мерзлой зоны

–для талой зоны

Ст(x, y)∂∂τtт = ∂∂x λт(x, y)∂∂tyт ;

–на границе промерзания

где tм и tт – температуры грунта в мерзлой зоне и в талой зоне, °С; x и y – координаты точки, для которой формулируется условие; τ – продолжительность периода промерзания, ч; λм,λт – коэффициент теплопро-

водности соответственно мерзлого и талого грунта, Вт (м · град · ч); См, Ст – удельная теплоемкость грунта, кДж/(кг·град); nф(τ) – функция из-

менения во времени положения границы промерзания; Qф – скрытая теплота при фазовом переходе воды в мерзлое состояние, кДж/кг.

Важной составляющей сложного процесса, формирующего тепломассоперенос, является теплообмен на поверхности и контактных слоях дорожной одежды. При ее конструировании важно правильно оценить конечные результаты процесса: ускорять промерзание для районов с суровым климатом или замедлять его для районов с мягкими климатическими условиями [5].

Воздействие внешнего источника тепла на тепловое состояние данного физического тела зависит от самого источника, условий теплообмена и испарения воды из дорожной конструкции.

Осушение грунтов земляного полотна и материалов дорожных слоев за счет испарения влаги при естественном просушивании является самым распространенным технологическим приемом. Данный процесс хорошо изучен С.Ф. Аверьяновым, А.И. Булаговым, М.И. Будыко, В.В. Ведерниковым, Н.Е. Жуковым, А.И. Золотарем, А.Р. Константиновым, Н.А. Пузаковым, Б.В. Поляковым, А.А. Роде, В.М. Сиденко, В.Н. Шестаковым, В.И. Рувинским и многими другими исследователями. В общем случае просыхание дорожной конструкции происходит

199

путем физического испарения воды с поверхности покрытия, обочин, откосов, выемок и транспирации (испарение влаги растениями) [6].

Применяемый метод теплового баланса при расчете испарения влаги из грунтов учитывает радиационный баланс на поверхности асфальтобетонного покрытия, поток тепла в дорожную конструкцию и теплообмен поверхности дороги с атмосферой. Влияя на отдельные составляющие теплообмена, можно добиваться необходимых параметров теплообмена и активно регулировать теплообмен дорожной конструкции. Это позволяет регулировать водно-тепловой режим земляного полотна для повышения эксплуатационной надежности автомобильной дороги.

Список литературы

1.Конструкции и технологии строительства автомобильных дорог в сложных природных условиях: учеб. пособие / А.В. Смирнов [и др.]; под ред. А.В. Смирнова. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2005.

2.Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути / МПС России. – М.: Транспорт, 2000.

3.Семенова С.В. Совершенствование метода проектирования системы поверхностного водоотвода автомобильных и городских дорог по условиям обеспечения безопасности движения: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2011. – 22 с.

4.Новоселов Е.Н. Безопасный температурный режим коммуникационных каналов дорожных насыпей в криолитозе: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Тюмень: Изд-во ТГАСА, 2002. – 20 с.

5.Бургонутдинов А.М. Обоснование способов строительства и ремонта лесовозных автомобильных дорог, препятствующих образованию трещин: дис. … канд. техн. наук. – Йошкар-Ола, 2012. – 225 с.

6.Криогенные процессы в основании дорог / А.М. Бургонутдинов [и др.] // Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного, трубопроводного транспорта в Уральском регионе: материалы междунар. науч.-техн. конф. / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2005. –

С. 111–116.

Получено 7.03.2013

200