Введение

Анализируя современное состояние развития транспорта леса в нашей стране и во всем мире можно заметить, что прослеживается определенная тенденция, заключающаяся в увеличении доли использования лесовозных автомобилей среди других видов транспорта леса, а также в непрерывно возрастающем расстоянии транспортирования лесоматериалов и увеличивающемся объеме вывозимых лесоматериалов лесовозными автомобилями с мест погрузки в места разгрузки их у потребителей.

Лесовозные автомобили, также как и другие виды автомобильного транспорта характеризуются высокими темпами развития. Систематическое повышение объема вывозимых лесоматериалов лесовозными автомобилями достигается как ростом количества подвижного состава, увеличением его грузоподъемности, так и повышением производительности, постоянной модификацией и унификацией [1].

Для повышения эффективности лесовозных автомобилей необходимо ускорять внедрение при их использовании существующих передовых технологий, улучшать условия труда водителей, повышать их квалификацию и заинтересованность в результатах труда, разрабатывать перспективные конструкции лесовозных автомобилей, повышать темпы их обновления в лесозаготовительных предприятиях, укреплять материально-техничес­кую и ремонтную базы, повышать уровень комплексной механизации работ и т.п. Одновременно с этим требуется повышать безопасность их движения по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам, снижать отрицательное воздействие лесовозных автомобилей на окружающую среду [2].

Данные направления повышения эффективности лесовозного автомобильного транспорта подтверждаются многочисленными исследованиями зарубежных ученых [3-15].

В работе Martin Jankovsky и др. (2019) выполнен анализ основных производственных факторов процесса погрузки, разгрузки и вывозки лесоматериалов, оказывающих отрицательное влияние на здоровье и комфорт водителей лесовозных автомобилей, оснащенных гидроманипуляторами. Также приведены результаты исследования причин возникновения за 10 летний период несчастных случаев при выполнении погрузочно-разгрузочных процессов и вывозки лесоматериалов лесовозными автомобилями. На основе регрессионного и корреляционного анализа установлено, что срок службы лесовозных автомобилей, качество технического обслуживания и текущего ремонта оказывают существенное влияние на количество возникающих несчастных случаев и аварий. Кроме этого, определено, что существует общая зависимость между объемом вывозимых лесоматериалов лесовозными автомобилями, количеством водителей, их стажем и числом произошедших несчастных случаев в процессе погрузки, разгрузки и вывозки лесоматериалов [3].

В статье Teijo Palander (2017), вследствие того, что процесс вывозки лесоматериалов лесовозными автомобилями является одним из основных факторов антропогенного воздействия на окружающую среду, выполнено исследование изменения расхода топлива и вредных выбросов в окружающую среду при эксплуатации большегрузных девятиосных лесовозных автомобилей грузоподъемностью 76 и 60 тонн. Выявлено что увеличение максимальной массы лесовозного автомобиля способствует снижению затрат на вывозку лесоматериалов, а также сокращению вредных выбросов за счет оптимизации нагрузки, уменьшения количества перемещений лесовозным автомобилем, необходимых для доставки заданного объема лесоматериалов потребителям. Кроме этого, установлено, что использование таких большегрузных лесовозных автомобилей способствует снижению нагрузок на лесовозную дорогу за счет увеличения количества осей и повышению безопасности дорожного движения за счет более равномерного соотношения веса лесовозного автомобиля  и прицепа [4].

В исследовании Ajinkya Mane и др. (2021) рассмотрен вопрос достижения экономической и экологической эффективности путем экономии топлива лесовозным автомобилем в процессе вывозки лесоматериалов в изменяющихся условиях. Предложена методика определения топливосберегающих и негативных факторов с использованием анализа охвата данных и границ эффективности. Выявлено, что средняя скорость, торможение и холостой ход лесовозного автомобиля являются ключевыми критическими факторами, влияющими на его расход топлива. Установлено, что эффективность работы водителя лесовозного автомобиля зависит от определенного набора критических параметров поведения при движении в процессе вывозки лесоматериалов. Кроме этого, эффективность работы может быть улучшена за счет предлагаемой индивидуальной схемы стимулирования уровня вождения водителей лесозаготовительного предприятия, которая подбирается для каждого отдельного водителя с учетом его особенностей поведения [5].

Исследование Filip Lisowski и Edward Lisowski (2020) посвящено оценке действия динамических циклических нагрузок на элементы перегруженных лесовозных автомобилей, возникающих в процессе вывозки лесоматериалов по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам, а также прогнозированию усталостной долговечности элементов стоек лесовозных автомобилей. Исследовано на основе конечно-элементной модели стойки влияние циклических нагрузок при различных уровнях напряжения на усталостные разрушения в элементах конструкции стоек лесовозного автомобиля в рабочих условиях. Определены точки концентрации напряжений в основном материале стойки и ее сварных соединениях. В результате натурного эксперимента по нагружению стойки лесовозного автомобиля определено ее самое слабое место в конструкции, а также прогнозируемый пробег лесовозного автомобиля до возможного отказа [6].

Marijan Susnjar и др. (2011) в своем исследовании рассмотрели с помощью разработанной измерительной системы влияние габаритных размеров и массы вывозимых лесоматериалов на осевые нагрузки различающихся по компонованию лесовозных транспортных средств с гидроманипуляторами. Полученные данные указывают на необходимость дальнейшего совершенствования конструкций лесовозных тягачей с полуприцепами с целью повышения полезной нагрузки и увеличения объема вывозимых лесоматериалов без нарушения существующих правовых норм, путем применения современных материалов для изготовления полуприцепов и использование более легких и компактных гидроманипуляторов для погрузки и разгрузки лесоматериалов [7].

В своем исследовании Mark Brown и др. (2016) с целью снижения себестоимости вывозки лесоматериалов лесовозными автомобилями и повышения их эффективности изучили влияние используемых методов взвешивания и уровня обустроенности лесовозных дорог на максимально возможную загруженность лесовозных автомобилей лесоматериалами. Установлено, что существует проблема перегруженности лесовозных автомобилей из-за применяемых методов взвешивания, приводящих к снижению полезной нагрузки, увеличению транспортных расходов, снижению прибыли и перегруженности, способствующей снижению безопасности дорожного движения, возникновению поломок и возможным штрафам. В этой связи использование эффективного и точного метода управления полезной нагрузкой позволит повысить производительность лесовозного автомобильного транспорта при вывозке лесоматериалов по различным типам лесовозных дорог [8].

Grzegora Trzcinsk и др. (2013) в своей работе рассмотрели влияние, оказываемое современными крупнотоннажными перегруженными лесовозными автомобилями марок Iveco, Volvo, Scania на состояние лесовозных дорог. Анализ массы загружаемых лесоматериалов, полной массы лесовозных автопоездов, а также массы незагруженных прицепов и полуприцепов показал, что все исследуемые лесовозные автопоезда превысили разрешенную полную массу, что негативно сказалось на состоянии лесовозных дорог. Сокращение объема вывозимых лесоматериалов для уменьшения полной массы лесовозного автопоезда не решит проблемы, так как это значительно увеличит количество рейсов вывозки, а, следовательно, приведет к увеличению расхода топлива и усилению негативного воздействия на окружающую среду. Нахождение логистического решения, позволяющего оптимизировать максимальную загруженность лесовозного автопоезда, без разрушения лесовозной дороги позволит повысить эффективность вывозки лесоматериалов [9].

В работе Radomir Klvac (2013) приведена оценка 132 лесовозных автопоездов по влиянию условий вывозки и дальности вывозимых на них лесоматериалов на расход топлива. Установлено, что увеличение среднего расстояния вывозимых лесоматериалов по лесовозным дорогам в сравнении с обычными дорогами приводит к увеличению среднего значения расхода топлива, приходящегося на единицу объема вывозимых лесоматериалов. Кроме этого, выявлено, что у более старых конструкций лесовозных автопоездов, а также оснащенных гидроманипуляторами расход топлива на единицу продукции выше, и при частых погрузках и разгрузках он значительно возрастает. Эффективность вывозки лесоматериалов может быть повышена за счет оперативной замены устаревших конструкций лесовозных автопоездов, путем использования новых технологий телеметрии в сочетании с GPS/GIS, улучшения мастерства вождения водителями, а также нахождения оптимальных условий вывозки для каждого отдельного типа лесовозного автопоезда [10].

Amanda Sosa и др. (2015) в своем исследовании рассмотрели влияние избыточно нагруженных лесовозных автомобилей на их срок службы, расход топлива, износ лесовозных дорог, а также безопасность дорожного движения. С целью достижения загрузки максимального объема лесоматериалов в лесовозный автопоезд без превышения его допустимого нормативами максимального веса разработана методика контроля веса оптимальной полезной загрузки лесовозных автопоездов лесоматериалами в зависимости от их влажности. Установлено, что 67 % всех задействованных в эксперименте лесовозных автопоездов имели избыточный вес, остальные же 33 % не превышали установленной нормативами максимальной массы. Также определено, что чем меньше объем вывозимых лесоматериалов, тем выше затраты на вывозку единицы объема лесоматериалов. Максимальной грузоподъемностью обладают сочлененные лесовозные самосвалы без гидроманипулятора, далее следуют лесовозные автопоезда с шарнирно-сочлененной рамой и с гидроманипуляторами, самой же низкой грузоподъемностью обладают одиночные лесовозные автомобили и лесовозные автомобили с прицепами [11].

В статье Eric Johannes и др. (2018) выполнили с помощью программного продукта Ansys Fluent 18.0 исследование влияния аэродинамических свойств лесовозных автопоездов загруженных лесоматериалами на расход топлива и транспортные издержки. Установлено, что инвестирование перевозчиками денежных средств в повышение аэродинамических свойств лесовозных автопоездов за счет использования специальных надстроек позволит значительно сократить за счет уменьшения расхода топлива транспортные издержки [12].

В работе Abdullah E. Akay (2020) выполнено исследование функционирования фронтального погрузчика, используемого для разгрузки и погрузки лесоматериалов в лесовозный автомобильный транспорт. Установлено, что наиболее трудоемким этапом погрузочно-разгрузочных работ является этап перемещения погрузчика с лесоматериалами к кузову лесовозного автопоезда. Кроме этого, выявлено, что существует связь между производительностью погрузчика, диаметром, длинной и объемом лесоматериалов. С увеличением этих параметров увеличивается и производительность погрузчика [13].

Исследование Jiale Yi (2021) посвящено разработке энергосберегающего и безопасного устройства для загрузки и разгрузки лесоматериалов, которое может работать автономно. Данное устройство включает в себя самоходную опорную раму, механические захваты с интеллектуальной идентификацией и несколькими степенями свободы, механические зажимы, датчики, камеры, радары, модули связи для удавленного управления. Устройство может работать непрерывно долгое время в суровых условиях высоких и низких температур, давлений, что значительно повышает эффективность разгрузки лесоматериалов и снижает затраты [14].

Исследование Henrique Arcego и др. (2019) направлено на техническую оценку погрузки и разгрузки лесоматериалов различной длины. Выявлено, что увеличение длины лесоматериалов приводит к увеличению производительности погрузки и разгрузки, время загрузки увеличивается с ухудшением условий окружающей среды. Увеличивая длину лесоматериалов, сокращается количество движений, совершаемых погрузочным устройством. Уменьшение количества используемых ремней безопасности при креплении лесоматериалов положительно повлияло на процесс погрузки, разгрузки и способствовало повышению производительности лесовозных автопоездов [15].

Приведенный анализ научных работ зарубежных авторов позволяет заключить, что на производительность лесовозных автомобилей и стоимость вывозки лесоматериалов значительное влияние оказывает такое важное и трудоемкое звено лесозаготовительного процесса, как погрузка лесоматериалов на лесовозный автомобильный транспорт с последующей разгрузкой у потребителя.

С учетом того, что удельный вес работ, связанных с погрузкой и разгрузкой лесоматериалов на лесовозные автомобили в общем количестве средств, затрачиваемых на вывозку лесоматериалов находится в пределах от 25 до 30 %, при вывозке лесоматериалов на небольшие расстояния, удельный вес затрачиваемых средств составляет уже 50 %. Кроме этого, исходя из того, что затраты на вывозку лесоматериалов лесовозными автомобилями ежегодно возрастают, развитие путей их снижения за счет совершенствования средств для самопогрузки и саморазгрузки лесовозных автомобилей, обеспечивающих сокращения времени нахождения лесовозного автомобиля под погрузкой и разгрузкой, а также значительное увеличение объема вывозимых лесоматериалов за единицу времени, является актуальной задачей.

В этой связи, выполнение сравнительного анализа существующих устройств, используемых для погрузки и разгрузки лесоматериалов на автомобильный транспорт, позволит выявить присущие им достоинства и недостатки, что в дальнейшем позволит авторам предложить перспективную конструкцию, обладающую значительными преимуществами перед устройствами применяемыми в настоящее время.

Целью исследования является разработка перспективной конструкции дистанционно управляемого лесовозного автомобиля с раздвижной рамой и управляемыми колесными модулями, позволяющего повысить эффективность погрузочно-разгрузочных работ в процессе вывозки лесоматериалов по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам.

Материалы и методы

Авторами были изучены материалы эмпирических исследований зарубежных и российских ученых в области повышения эффективности лесовозного автомобильного транспорта путем его конструктивного совершенствования. Поиск научных источников проводили в библиографических базах, научных электронных библиотеках и поисковых системах: Scopus (www.scopus.com), eLIBRARY.RU (www.elibrary.ru), Google Scholar (www.scholar.google.com), Google Patents (www.patents.google.com), Espacenet Patent search (www.worldwide.espacenet.com). В качестве литературных источников были приняты во внимание научные статьи на английском и русском языках. Глубина поиска – с 1950 года. Поисковые запросы выполняли по следующим ключевым словам: лесовозный автомобиль, устройства для разгрузки лесоматериалов, производительность, эффективность.

Результаты и обсуждения

Технологический процесс вывозки лесоматериалов лесовозными автопоездами из лесосек, является комплексным технологическим процессом, состоящим из четырех операций: подача лесовозного автопоезда под погрузку лесоматериалов, погрузку лесоматериалов на лесовозный автопоезд, перевозку лесоматериалов лесовозным автопоездом, разгрузку лесоматериалов с лесовозного автопоезда.

Операции погрузки или разгрузки лесовозных автомобилей могут выполняться различающимися по конструкции и техническим характеристикам машинами и средствами. Погрузка лесоматериалов на лесовозный автомобиль может осуществляться либо сразу после трелевки из запасов лесоматериалов, размещенных вдоль лесовозных веток и усов, либо из лесоматериалов, имеющихся на погрузочных площадках. Выбор способа погрузки или разгрузки лесовозных автомобилей зависит от объема и вида вывозимых лесоматериалов, а также от имеющихся у потребителя или лесозаготовительных предприятий машин и средств для выполнения этих работ. Используемые средства для погрузки и разгрузки лесоматериалов являются важным элементом, от которых зависят требования, предъявляемые к лесовозным автомобилям к их способности к механизированному осуществлению операций погрузки и разгрузки лесоматериалов.

На практике с учетом различных условий погрузки и разгрузки лесоматериалов на лесовозные автомобили, наибольшее распространение из существующих машин и механизмов, используемых для этих целей нашли самоходные разгрузчики, канатные установки, отдельные краны, а также различные средства для самопогрузки и саморазгрузки лесовозных автомобилей.

К главным преимуществам лесовозных автомобилей, не оснащенных средствами самопогрузки и саморазгрузки в сравнении с имеющими такие средства, относят: отсутствие необходимости для водителя овладения навыками управления такими средствами; увеличенную полезную рейсовую нагрузку за счет большей грузоподъемности и меньшей массы лесовозного автомобиля; уменьшенные удельный расход топлива и себестоимость вывозки лесоматериалов; сокращенный годовой пробег и меньший износ шин; более равномерное распределение массы длинномерных лесоматериалов между кониками прицепа-роспуска и лесовозного тягача. Для погрузки лесоматериалов на такие лесовозные автомобили или автопоезда широко применяются самоходные челюстные лесопогрузчики перекидного и фронтального типа, тракторные толкатели, башенные, кабельные, консольно-коз­ло­вые и козловые краны, разгрузочно-растаскива­ющие установки, стреловые и мостовые краны на автомобильном ходу, а также другие виды подъемно-транспортного оборудования (рис. 1). Лесовозные автомобили без средств для самопогрузки и саморазгрузки применяются в большинстве случаев при очень больших расстояниях транспортирования и объемах вывозки лесоматериа алов, позволяющих с наибольшей эффективностью загружать используемое в процессе погрузки лесовозных автомобилей оборудование. Скопление большого количества лесовозных автомобилей в погрузочно-разгрузочных пунктах, или на нижнем складе, или на складе потребителя сопровождается их длительными простоями в ожидании. Из-за указанных простоев коэффициент использования рабочего времени обычно не превышает 0,8.

Использование же различных устройств для самостоятельной погрузки и разгрузки лесовозных автопоездов лесоматериалами дает возможность выполнять эти операции вне зависимости от наличия погрузочных средств, как на нижнем складе, лесосеке,

так и на складе потребителя. Это в свою очередь при малых годовых объемах вывозки лесоматериалов (до 7 тыс. м³) позволяет повысить коэффициент использования рабочего времени таких лесовозных автопоездов, увеличить их производительность за счет снижения продолжительности рейса, сокращения простоев из-за ожидания погрузочных машин, и, таким образом, достичь значительного экономического эффекта. Так в работе Смирнова М.Ю. описывается, что рост количества лесовозных автомобилей в лесозаготовительных предприятиях, работающих в одном звене и не оснащенных средствами для самопогрузки, и саморазгрузки лесоматериалов, приводит к увеличению времени пребывания таких лесовозных автомобилей в погрузочно-разгрузочных пунктах и возрастанию времени нахождения лесовозных автомобилей в рейсах (рис. 2, а и б) [16].

Эффективность работы лесозаготовительных предприятий во многом зависит от таких основных эксплуатационных показателей, как производительность лесовозных автомобилей, себестоимость вывозки лесоматериалов и удельных трудозатрат на вывозке. Производительность лесовозного автомобиля, оснащенного средствами самопогрузки и саморазгрузки измеряется количеством кубических метров лесоматериалов, вывезенных лесовозным автопоездом в единицу времени [17].

Сменная производительность лесовозного автопоезда, оснащенного средствами самопогрузки и саморазгрузки определяется на основании следующей зависимости, м³/смена:

где n – количество выполняемых рейсов в одну смену; Q_пол. – объем лесоматериалов, загружаемых в лесовозный автомобиль, м³.

Количество выполняемых рейсов в одну смену рассчитывается по формуле:

где Т – количество времени работы в одной смене; t_п.з. – время приходящееся на одну смену для выполнение подготовительных и заключительных работ, мин.; k_в – коэффициент использования рабочего времени; l_м – длина магистрали, км; l_в – длина ветки, км; l_ус – длина уса, км; v_м, v_в, v_ус – скорости движения лесовозного автомобиля, оснащенного средствами самопогрузки и саморазгрузки по соответственно магистрале, ветке и усу, км/ч; Т_п-р – время нахождения лесовозного автомобиля, оснащенного средствами самопогрузки и саморазгрузки в погрузочно-разгрузочном пункте при выполнении операций погрузки и разгрузки, мин.

Основными составляющими времени пребывания лесовозных автомобилей, оснащенных средствами самопогрузки и саморазгрузки в погрузочно-разгрузочном пунктах за один рейс, являются: время выполнения подготовительных и заключительных работ, а также время, затрачиваемое на самопогрузку и саморазгрузку лесовозных автомобилей. Подготовительные работы включают в себя: установку лесовозного автомобиля в пункте погрузки около штабеля лесоматериалов, постановку лесовозного автомобиля в пункте разгрузки у потребителя; приведение в рабочее состояние средств для самопогрузки и разгрузки лесовозного автомобиля. Заключительные работы включают в себя закрепление и увязку лесоматериалов, а также приведение средств для самопогрузки и саморазгрузки в положение для транспортирования. Время, затрачиваемое на самопогрузку и саморазгрузку лесоматериалов является основной составляющей общей продолжительности простоя лесовозного автомобиля.

Время нахождения лесовозного автомобиля, оснащенного средствами самопогрузки и саморазгрузки под погрузочно-разгрузочными операциями рассчитывается на основании следующей зависимости [18]:

где t_ус. – время установки лесовозного автомобиля оснащенного средствами самопогрузки и саморазгрузки под погрузку или разгрузку лесоматериалов, мин.; t_раб. – продолжительность приведения средства для самопогрузки или саморазгрузки в рабочее состояние, мин.; t_тран. – продолжительность приведения средства для самопогрузки или саморазгрузки в транспортное состояние, мин.; t_{загр.-разг.} – время, затрачиваемое на погрузочно-разгрузочные работы средством для самопогрузки или саморазгрузки лесовозного автопоезда.

Удельные трудозатраты в процессе выполнения погрузочных операций средствами для самопогрузки лесовозных автомобилей определяется по следующей зависимости [19]:

где m – количество рабочих, обслуживаемых средство для самопогрузки лесоматериалов в лесовозный автомобиль; t_подг. – время, затрачиваемое на подготовительные работы при приведении лесовозного автомобиля и средства для самопогрузки в рабочее состояние, с; t_укл. – время, затрачиваемое на укладку одной пачки лесоматериалов в кузов лесовозного автомобиля, с; n₁ – число укладываемых в кузов лесовозного автомобиля пачек лесоматериалов; t_креп. – время, затрачиваемое на закрепление пачки лесоматериалов после погрузки в кузове, с; V_c – объем лесоматериалов, захватываемых средством для самопогрузки лесовозного автопоезда за один прием, м³.

Время на разгрузку лесовозного автопоезда, оснащенного средствами саморазгрузки определяется в соответствии со следующей формулой:

где t_разг. – фактическое время разгрузки, с; t_доп. – дополнительное время на пункте разгрузки лесоматериалов, с.

Рассмотрим более подробно существующие конструкции устройств, устанавливаемых на лесовозных автопоездах для их самостоятельной погрузки или разгрузки лесоматериалами.

Одна из ранних конструкций лесовозного автопоезда, позволяющая исключить трудоемкую операцию разгрузки лесоматериалов путем их поднятия через неподвижные вертикальные стойки полуприцепа с помощью грузоподъемного погрузочно-разгрузочного оборудования, оснащалась поворотными средствами для стоек, приводимыми в действие гидравлическим приводом и обеспечивающими высокую безопасность при скатывании лесоматериалов на опорную поверхность за счет системы поддержания лесоматериалов, а также управления началом процесса разгрузки лесоматериалов из кабины водителя (рис. 3, а). Недостатком такой конструкции является быстрый выход из строя предлагаемых стоек по причине восприятия ими существенных продольных и поперечных нагрузок от скатываемых лесоматериалов в процессе разгрузки, а также трогания лесовозного автопоезда [20].

На рисунке 3, б представлен самосвальный полуприцеп с разгрузкой лесоматериалов на две стороны с помощью телескопических тяг, съемных и откидывающихся стоек. Преимуществам такого самосвального полуприцепа, является меньшая металлоемкость в сравнении с классическими полуприцепам, а также облегченная полная разгрузка длинномерных лесоматериалов [21].

Более сложная конструкция для погрузки длинномерных лесоматериалов в полуприцеп лесовозного автопоезда приведена на рисунке 3, в. Ее особенностями является наличие приводного механизма, направляющих рельсов, устанавливаемых в наклонном положении, а также подъемных тросов с лебедками. Несмотря на минимальные затраты времени на процесс погрузки лесоматериалов, недостатком такой конструкции является необходимость присутствия дополнительного помощника, поддерживающего длинномерные лесоматериалов в процессе погрузки в полуприцеп [22].

Еще одно устройство, позволяющее не задействовать при разгрузочных операциях дополнительных рабочих и специальное подъемно-транспортное оборудование, представляет собой совмещенный с кониками тросовый механизм выгрузки лесоматериалов с гидравлически управляемыми опорными стойками (рис. 3, г). Использование такого устройства на лесовозном автомобиле позволит за счет натяжения тросов и откидных стоек с опорами равномерно выкатывать на опорную поверхность все загруженные на полуприцеп лесоматериалы [23].

Другая более сложная конструкция для самопогрузки лесовозного автопоезда включает в себя дистанционно управляемую лебедку, коники, привод канатно-блочной системы, не откидные стойки и откидные погрузочные стойки (рис. 3, д). При выполнении погрузки лесоматериалов на таком лесовозном автомобиле водителю автопоезда требуется дополнительный рабочий, который будет управлять подтаскиванием и стаскиванием лесоматериалов с лесовозного автомобиля. Существенными недостатками использования такой конструкции для самопогрузки и саморазгрузки лесоматериалов, являются необходимость выполнения подготовительных работ при погрузке лесоматериалов в лесовозный автомобиль, высокая трудоемкость процесса погрузки, а также необходимость присутствия дополнительного рабочего, который будет следить за растаскиванием тросов и чокеровкой лесоматериалов [24].

Рисунок 1. Классификация устройств для погрузки и разгрузки

лесоматериалов на лесовозный автомобильный транспорт

Figure 1. Classification of devices for loading and unloading

timber on timber road transport

Источник: собственная композиция авторов

Source: author’s composition

Рисунок 2. Зависимости времени пребывания лесовозного автопоезда без устройства для самопогрузки в пунктах погрузки и разгрузки лесоматериалов Т_load.-unl. (а) и времени движения такого лесовозного автопоезда в грузовом и порожнем состоянии Т_{car., emp.} (б) от количества таких лесовозных автопоездов N в звене

Figure 2. Dependencies of time of stay of a timber truck train without a device for self-loading in points of loading and unloading of timber Т_load.-unl.. (a) and the travel time of such a trucking train in freight and unladen condition Т_{car., emp.} (b) the number of such trucking trains N in the link

Источник: собственная композиция авторов по вычислениям Смирнова М.Ю. [16]

Source: authors' own composition based on calculations by Smirnov M.Yu. [16]

Другая интересная конструкция, используемая для боковой самопогрузки и разгрузки лесоматериалов приведена на рисунке 3, е. Она представляет собой грузовую платформу с кониками, оснащенную механизмами перемещения платформы, функционирующими от гидравлического привода. Данная конструкция обладает высокой прочностью, простотой в изготовлении, позволяет хранить лесоматериалы длительное время в месте погрузки и разгрузки [25].

Простая и наиболее распространенная конструкция устройства для саморазгрузки представлена на рисунке 3, ж. Использование такого устройства позволяет выполнить выгрузку лесоматериалов из самосвальной кониковой площадки в том же положении, в котором они были размещены на ней при погрузке и вывозке. Выгрузка осуществляется путем подъема гидравлическими цилиндрами на необходимый угол самосвальную кониковую площадку с лесоматериалами, скатывание лесоматериалов до их соприкосновения с опорной поверхностью и последующего перемещения лесовозного транспортного средства вперед без изменения угла расположения площадки [26].

Представляет интерес конструкция лесовозного тягача с тележкой для вывозки лесоматериалов, которая включает в себя тросы, цепи, подвесные стропы с механизмами управления перемещением вниз и вверх. Данная конструкция позволяет вывешивать пачку лесоматериалов с опорной поверхности для транспортирования и разгружать ее у потребителя (рис. 3, з). Использование такой конструкции тележки дает возможность отказаться от дорогих в использовании погрузочно-разгрузочных механизмов [27].

Кроме этого, для самопогрузки и саморазгрузки лесоматериалов могут использоваться специальные контейнеры, снимаемые с лесовозного автопоезда и загружаемые на земле. После загрузки этого контейнера лесоматериалами, лесовозный автопоезд, состоящий и лесовозного седельного тягача и полуприцепа, подъезжает к контейнеру, совмещая продольные оси, после этого трос лебедки лесовозного седельного тягача продевают через блоки контейнера и лесовозного седельного тягача, создавая полипласт, позволяющий затянуть на полуприцеп контейнер.

Разгрузка контейнера с полуприцепа осуществляется путем зацепления троса одним концом за анкер, а другим за контейнер с дальнейшим движением лесовозного седельного тягача вперед и сползанием контейнера с лесоматериалами с лесовозного автопоезда (рис. 3, и). Использование такого лесовозного автопоезда со сменными контейнерами позволяет сократить его простои на погрузочно-разгрузочном пункте. Недостатками использования такого средства для самопогрузки и саморазгрузки лесоматериалов, является необходимость применения для погрузки в контейнеры и выгрузки из них лесоматериалов дополнительными устройствами, низкая грузоподъемность, а также большая величина коэффициента тары прицепного состава [24].

Еще одной интересной конструкцией является сайдлифтер специализированный контейнеровоз с боковым погрузчиком, предназначенный для подъема и транспортирования контейнеров с лесоматериалами (рис. 3, к). Он позволяет загружать и разгружать контейнеры с лесоматериалами при помощи гидравлических кранов, размещенных на каждом конце шасси лесовозного автомобиля. Использование такой конструкции, управляемой одним человеком позволяет экономить время, труд и денежные средства [28].

Одним из эффективных способов вывозки лесоматериалов лесовозным автомобильным транспортом в сложных дорожных условиях, позволяющих сократить время погрузочно-разгрузочных операций, повысить прибыль лесозаготовительных предприятий, является установка на лесовозный автомобиль крюкового подъемника с бункером мультилифтом для сортиментов (рис. 3, л). Использование такого крюкового подъемника с бункером мультилифтом для сортиментов позволит сократить время, как погрузки, так и разгрузки лесоматерилов, отпадает необходимость загрузки и разгрузки каждого бревна отдельно. Кроме этого, наличие на погрузочной площадке большого количества бункеров позволяет заранее выполнить их загрузку погрузчиком, сократив тем самым время простоя лесовозного автомобильного транспорта. Недостатком использования такой конструкции является значительная потеря полезной нагрузки из-за существенного веса крюковой подъемной системы и контейнеров [29, 30].

В последнее время произошло значительное возрастания числа лесовозных автомобилей, используемых в качестве самозагружаемых и саморазгружаемых устройств, устанавливаемые на них навесные гидроманипуляторы со сменными грейферными захватами (рис. 3, м). Некоторые лесозаготовительные предприятия оснащают гидроманипуляторами почти весь парк лесовозных автомобилей, другие же применяют совместная работу самозагружающихся и не оснащенных гидроманипуляторами лесовозных автомобилей. Лесовозные автомобили, оснащенные гидроманипуляторами достаточно просты в эксплуатации, не нуждаются во вспомогательных трудоемких ручных работ, однако требуют точного размещения лесовозного автомобиля, как при затаскивании контейнера. Simon Westerberg в своей работе с целью повышения производительности и улучшения условий труда для оператора предлагает в телеуправляемое транспортное средство для погрузки-разгрузки и вывозки лесоматериалов, функционирующего в условиях бездорожья. Такое транспортное средство позволяет освободить оператора от воздействия на него таких неблагоприятных факторов рабочей среды, как шума, вибрации. Кроме этого, отсутствие кабины на таком транспортном средстве способствует снижению веса транспортного средства, улучшению его маневренности, сокращению расхода топлива до 30 %, а также меньшему экологическому ущербу от воздействия на окружающую среду и меньшим затратам, расходуемым при выполнении технического обслуживания и текущего ремонта (рис. 3, н). Ola Ringdahl в своей диссертации предлагает концептуальную конструкцию автономно управляемого форвардера, оснащенного гидроманипулятором для погрузки и разгрузки лесоматериалов. Для его автономной навигации в процессе управления разработан специальный алгоритм, позволяющий прогнозировать за счет системы датчиков и механизмов преодоление различных препятствий, тем самым предотвращая возможные столкновения (рис. 3, о). Не смотря на это такие лесовозные автопоезда имеют один существенный недостаток: установка гидроманипулятора уменьшает полезную грузоподъемность лесовозного автопоезда и приводит к дополнительным расходам топлива, как в грузовом, так и в холостом направлениях [31-33].

Проведенный анализ существующих средств для самопогрузки и саморазгрузки лесовозных автомобилей позволяет заключить, что почти все они имеют один общий недостаток, связанный с необходимостью присутствия квалифицированных рабочих для управления погрузочно-разгрузочным процессом с помощью этих средств в месте выполнения погрузки или разгрузки. Практика использования средств саморазгрузки показывает, что в настоящее время наибольшее применение из всех рассмотренных средств отводится гидроманипулятору. Важным недостатком использования гидроманипулятора для разгрузки лесоматериалов с лесовозного автомобиля является большой промежуток времени, затрачиваемый на выполнение этого процесса, который в зависимости от различных технологических и природно-климатических факторов может изменяться в интервале от 15 до 30 мин. Для устранения выявленных недостатков, авторами предложена принципиальная схема дистанционно управляемого лесовозного автомобиля с раздвижной рамой и управляемыми колесными модулями для разгрузки лесоматериалов (рис. 4).

У предлагаемого дистанционно управляемого лесовозного автомобиля с раздвижной рамой и управляемыми колесными модулям отсутствует кабина для водителя, что способствует увеличению на 20 % полезной длины его платформы, а также удешевлению стоимости всей его конструкции. Дополнительно к этому такой лесовозный автомобиль оснащен компактными независимыми модульными подвесками, которые позволяют за счет увеличенных углов поворота и возможности одновременного управления всеми колесами автомобиля выполнять раскрытие бортов раздвижной рамой в процессе разгрузки лесоматериалов у потребителя. Лесовозный автомобиль такой конструкции более приспособлен к функционированию в стесненных условиях, как при движении по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам, так и на ограниченных по площади погрузочных или разгрузочных пунктах. Применение подвесок такой конструкции позволяет более рационально использовать межколесное пространство, повысить надежность такого дистанционно управляемого лесовозного автомобиля за счет автономности и взаимозаменяемости его подвесок, а также еще значительнее удешевить стоимость конструкции лесовозного автомобиля за счет снижения металлоемкости и массы путем совмещения функций рамы и кузова. Использование таких подвесок позволит повысить проходимость, устойчивость, управляемость и плавность хода дистанционно управляемого лесовозного автомобиля при движении по недостаточно обустроенной лесовозной дороге  за счет постепенного изменения или постоянной поддержки величины дорожного просвета, не зависящего от массы загружаемых лесоматериалов [34].

Для надежного дистанционного управления оператором, такой лесовозный автомобиль оснащен управляемыми видеокамерами, радарами бокового и путевого обзоров, гидро- и электроприводами серийного производства, светотехническими приборами, бортовым компьютером, а также блоками управления системами дистанционного управляемого лесовозного автомобиля. Дистанционное управление таким лесовозным автомобилем может осуществляться оператором либо со своего стационарного рабочего места, либо с другого транспортного средства. При этом, основным оборудованием оператора для дистанционного управления лесовозным автомобилем является компьютер, панель управления системами автомобиля, а также приемо-передающее устройство [35].

Функционирование предлагаемого дистанционно управляемого лесовозного автомобиля с раздвижной рамой и управляемыми колесными модулями представлено в виде технологической карты разгрузки лесоматериалов таким автомобилем у потребителя, включающей в себя все технологические операции с затратами времени на их выполнение (рис. 5).

Выполненный анализ различных средств для саморазгрузки лесовозных автомобилей, а также предлагаемая перспективная конструкция с раздвижной рамой и управляемыми колесными модулями позволяют сформировать уточненную классификацию существующих разгрузочных средств, используемых для самостоятельной разгрузки лесоматериалов с лесовозного автомобиля (рис. 6).

Выводы

Результаты проведенного исследования дают возможность заключить, что:

– в настоящее время российскими и зарубежными учеными активно ведутся разработки в области повышения эффективности лесовозных автомобилей, направленные на снижение трудоемкости и себестоимости процесса вывозки лесоматериалов;

– наиболее рациональным путем повышения производительности лесовозных автомобилей является сокращение времени пребывания их на погрузочных и разгрузочных пунктах при выполнении операций погрузки или разгрузки лесоматериалов существующими средствами самопогрузки и саморазгрузки;

Рисунок 4. Принципиальная схема дистанционно управляемого лесовозного автомобиля с раздвижной

рамой и управляемыми колесными модулями (а), и схемы положения раздвижной рамы с лесоматериалами (б, в):

1 – стойка не откидная; 2 – лесоматериалы; 3 – колесный модуль;

4 – стенка упорная; 5 – механизм раскрытия бортов

Figure 4. Schematic diagram of a remotely controlled timber truck with a sliding frame and controlled

wheel modules (a), and a diagram of the position of a sliding frame with timber (b, c): 1 – the rack is not

folding; 2 – timber; 3 – wheel module; 4 – persistent wall; 5 – side opening mechanism

Источник: собственные схемы авторов

Source: authors' own schemes

– проведенный анализ существующих средств для самопогрузки и саморазгрузки лесовозных автомобилей выявил имеющиеся у них недостатки, что позволило авторам разработать и предложить перспективную схему конструкций дистанционно-управляемого лесовозного автомобиля с раздвижной рамой и управляемыми колесными модулями, технологическую карту разгрузки лесоматериалов таким лесовозным автомобилем, а также уточненную классификацию средств саморазгрузки лесовозных автомобилей;

– использование дистанционно управляемого лесовозного автомобиля такой конструкции по предварительным данным позволит за счет применения подвесок модульного типа: выполнить технологический процесс разгрузки лесоматериалов приблизительно за 200 с; увеличить за счет отсутствия кабины водителя длину платформы на 20 %; удешевить стоимость всей конструкции вследствие совмещения функций рамы и кузова, а также отсутствия кабины водителя; более рационально использовать межколесное пространство; повысить надежность, проходимость, устойчивость, управляемость и плавность хода лесовозного автомобиля при его движении по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам;

– внедрение на лесозаготовительных предприятиях дистанционно управляемых лесовозных автомобилей с раздвижной рамой и управляемыми колесными модулями позволит: значительно увеличить за один рейс объем вывозимых лесоматериалов; сократить расход топлива и время простоев лесовозного автомобиля в пункте разгрузки; повысить ремонтопригодность лесовозного автомобиля путем возможной быстрой замены унифицированных подвесок модульного типа.