Технология стадийного повышения эксплуатационно-экологического уровня лесовозных автомобильных дорог

Актуальность темы

Лесопромышленный комплекс является одним из наиболее сложных и крупных среди других производственно-хозяйственных и социально-экономических комплексов. Именно в нём период социально-политического переустройства России в наиболее острой форме выявил проблемы, обусловленные несовершенством основ организации и управления лесотранспортным процессом, а также проблемы, связанные со стабилизацией экономических отношений.

Развитие транспортно-дорожной сети — один из главных приоритетов в работе Правительства России. Об этом свидетельствует новая Федеральная целевая программа «Развитие транспортной системы-России на 2010;2015 годы», и принятая недавно «Транспортная стратегия» Российской Федерации на период до 2030 года. На первое место поставлены общесоциальные и общеэкономические стратегические целевые ориентиры, направленные на доступность и качество транспортных услуг, снижение аварийности, рисков и угроз безопасности по видам транспорта в загрязненииокружающей среды.

Хорошие автомобильные дороги обеспечивают устойчивую работу всех звеньев лесозаготовительного производства. Это позволяет максимально использовать основные фонды, поднять уровень организации всего лесозаготовительного производства в целом, повысить эффективность развития российской экономики и, как следствие, увеличить конкурентоспособность российской продукции по отношению к зарубежной.

Одним из путей повышения эксплуатационных качеств автомобильных дорог является совершенствование технологий устройства асфальтобетонных покрытий. От качества выполнения процессов укладки и уплотнения горячих смесей зависит работоспособность дорожных покрытий в период эксплуатации автомобильных дорог.

Метод стадийного строительства больше всего применим для дорожной одежды, которую по мере роста интенсивности движения требуется усилить в целом по дороге, или на отдельных экономических перегонах в процессе нового строительства или при капитальном ремонте.

Указанное выдвигает рассматриваемую проблему в число важнейших народнохозяйственных и социальных задач, подчеркивая ее актуальность.

Цель и задачи исследования

Цель исследования состоит в разработке технологии повышения § эксплуатационно-экологического уровня лесовозных автомобильных: дорог на основе анализа и математическогомоделирования s процессов их функционирования.

Исходя"из поставленной" цели, в диссертации решаются следующие основные задачи:

1. Разработать модели взаимодействия! жесткого: вальца с материалом покрытия! при статическом и динамическом: режимах: уплотнения: и установить параметры контакта вальца катка с учетом прочностных свойств материала:

2. Разработать? модель «покрытие-основание» для* моделированиятеплового процесса в дорожной одежде.

3. Разработать методику оценки: прочности нежёстких дорожных одежд.

4. Разработать алгоритм стадийного повышения эксплуатационно-экологического уровня лесовозных автомобильных дорог. V.

Объектом исследования являются прочность дорожной одежды — и эксплуатационно-экологический уровень лесовозных автомобильных дорог.

Предметом исследованияявляются математические моделии методы стратегии повышения" эксплуатационно-экологического уровнялесовозных автомобильных: дорог.

Методы исследования. Исследования? прочности^ дорожной одежды и повышение эксплуатационно-экологического уровня лесовозных автомобильных дорог проводятся с использованием методов динамического программирования, оптимизации процессов и исследования теории алгоритмов и структур данных.

Научная новизна результатов заключается в решении комплекса задач по повышению эксплуатационно-экологического-уровня лесовозных автомобильных дорог по результатам математического моделирования процесса функционирования лесовозных автомобильных дорог, с определением технико-экономических, энергетических, экологических показателей.

К числу важнейших результатов диссертации, обладающих научной новизной относятся следующие:

1*. Теоретическое обоснование параметров уплотняющего оборудования дорожного покрытия, отличающееся возможностью повысить прочность дорожных одежд на 4.8%.

2. Аналитические зависимости теплофизических характеристик асфальтобетонных смесей от их состава и температуры, отличающиеся тем, что позволяют определить, предел прочности горячего асфальтобетона от технологических параметров процесса уплотнения:

3. Общие принципы методики оценки прочности дорожных одежд нежёсткого типа, отличающиеся тем, что позволяют выявлять участки наибольшего снижения прочности дорожной одежды.

4. Метод стадийного повышения эксплуатационно-экологического уровня лесовозных автомобильных дорог, отличающийся тем, что позволяет выявлятьучастки с неудовлетворительными эксплуатационно-экологическими качествами на* основе анализа ДТПпоказателей токсичности, различных дефектов.

На защиту выносятся:

1. Закономерности взаимодействия вальца катка с материалом, позволяющие оценивать его напряженное состояние в процессе уплотнения.

2. Математическая модель «покрытие-основание» параметров конструктивных слоёв лесовозных автомобильных дорог.

3. Методика оценки прочности нежёстких дорожных одежд динамическим нагружением.

4. Алгоритм повышения эксплуатационно-экологического уровня лесовозных автомобильных дорог в системе автоматизированного проектирования.

Практическая значимость и реализация результатов работы связана с использованием основных её положений:

— методика выбора параметров уплотняющих машин с учётом прочностных характеристик асфальтобетона;

— математическая модель «покрытие-основание», позволяющая регулировать процесс формирования макроструктуры дорожного покрытия в процессе строительства;

— закономерности для определения допустимого снижения требуемого модуля упругости в процессе эксплуатации дорожной одежды;

— рекомендации по. стадийному повышению эксплуатационно-экологического уровня лесовозных автомобильных дорог, позволяющие увеличить эффективность использования капитальныхвложений и управлять процессом развития дорог во времени.

Разработанные на основе полученных результатов математические модели, рекомендации, алгоритмы и программа для ЭВМ использовали: центр Дорожно-мостового проектирования «Магистраль» — при разработке проектов автомобильных дорог, ОАО «ВоронежГипродорНИИ» — при строительстве дорожных одежд нежёсткого типа.

Разработанные алгоритмы и программы используются в учебном процессе ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», ГОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет» при подготовке инженеров лесотехнического профиля.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований докладывались автором на ежегодных научно-технических конференциях ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» (2006, 2007, 2008 гг.).

Личное участие автора в получении результатов. Работа выполнена по программе ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» на 2000;2010 гг. (№ гос. регистрации 01.200 103 889). Разработана стратегия повышения эксплуатационно-экологического уровня лесовозных автомобильных дорог и методы оценки прочности дорожной одежды. Все работы по организации эксперимента, обработке данных, их анализ и математическое моделирование выполнены автором при консультации научного руководителя доктора технических наук, профессора Курьянова В.К.

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 7 научных работах, в том числе 2 работы, в изданиях, определенных ВАК Ми-нобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Содержание диссертации изложено на 190 страницах печатного текста, 33 таблиц и 33 рисунках.

Список использованных источников

включает 162 наименования, в том числе 11 на иностранных языках. Приложение включает таблицы, акты и другие материалы по теме диссертации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Разработаны модели взаимодействия жесткого вальца с материалом покрытия при статическом и динамическом режимах уплотнения и установлены параметры контакта вальца катка с учетом прочностных свойств материала.

2. Разработана математическая модель «покрытие-основание», описывающая параметры конструктивных слоев автомобильной дороги и позволяющая моделировать тепловые процессы, происходящие в дорожных одеждах из горячих асфальтобетонных смесей.

3. Разработана методика оценки прочности нежестких дорожных одежд динамическим нагружением, позволяющая определить модуль упругости дорожной одежды соответствующего моменту наибольшего снижения его прочности и определить величину требуемого модуля упругости в любой год службы покрытия.

4. Разработан алгоритм стадийного повышения эксплуатационно-экологического уровня лесовозных автомобильных дорог. Исследовано влияние природно-производственных условий и принятых геометрических и конструктивных элементов на эффективность лесовозных автомобильных дорог.

5. В работе даны практические рекомендации по использованию алгоритмов, программ при реализации мероприятий как по стадийному повышению эксплуатационно-экологического уровня, так и при строительстве и эксплуатации лесовозных автомобильных дорог.