close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

192.Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе.

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Российская академия транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Пермский национальный исследовательский
политехнический университет»
Автодорожный факультет
МОДЕРНИЗАЦИЯ
И НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
В ТРАНСПОРТНОМ КОМПЛЕКСЕ
Материалы
международной научно-практической конференции
г. Пермь, 14–15 апреля 2016 г.
Под редакцией М.Ю. Петухова
Издательство
Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2016
УДК 711.4-048.35+504306]:656.1/5
Представлены материалы международной научно-практической конференции «Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе», состоявшейся 14–15 апреля 2016 года в Пермском национальном исследовательском политехническом университете в рамках одного из приоритетных направлений
развития ПНИПУ – «Урбанистика».
Освещаются результаты теоретических и практических исследований по актуальным вопросам проектирования, эксплуатации, сервиса транспортно-технологических машин и комплексов; организации
транспортных систем; технологии транспортных процессов и безопасности движения; городского строительства и защиты окружающей среды.
Предназначены для научных и инженерно-технических работников проектных, дорожно-строительных
организаций и вузов, а также для студентов и аспирантов, обучающихся по направлениям «Наземные транспортно-технологические комплексы», «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»,
«Технология транспортных процессов», «Строительство», «Техносферная безопасность».
Редакционная коллегия: канд. техн. наук, доцент М.Ю. Петухов (отв. редактор); канд. техн. наук,
доцент И.Н. Ташкинова (зам. отв. редактора); проректор, д-р техн. наук, проф. В.Н. Коротаев; проректор,
д-р техн. наук, проф. Н.В. Лобов; д-р техн. наук, проф. А.В. Кочетков; д-р техн. наук, проф. М.Г. Бояршинов;
д-р мед. наук, проф. Я.И. Вайсман; д-р техн. наук, проф. Л.В. Рудакова; канд. техн. наук, проф. Б.С. Юшков;
канд. техн. наук, доцент А.О. Добрынин; канд. техн. наук, доцент К.Г. Пугин; вед. программист учеб.-науч.
лаборатории (отв. секретарь) Т.И. Мальцева.
ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ КОМИТЕТ
В.Ю. Петров, д-р техн. наук, действительный член РАТ, президент ПНИПУ, профессор – председатель конференции; М.Ю. Петухов, канд. техн. наук, декан АДФ ПНИПУ – ученый секретарь конференции; Б.С. Юшков, канд. техн. наук, действительный член РАТ, профессор, зав. каф. АДМ ПНИПУ;
Л.В. Рудакова, д-р техн. наук, профессор, зав. каф. ООС ПНИПУ; М.Г. Бояршинов, д-р техн. наук, профессор, зав. каф. АТМ ПНИПУ; Л.М. Тимофеева, д-р техн. наук, действительный член РАТ, профессор каф.
АДМ ПНИПУ; Я.И. Вайсман, д-р мед. наук, действительный член РЭА, профессор каф. ООС ПНИПУ;
К.Г. Пугин, канд. техн. наук, доцент каф. АТМ ПНИПУ; А.В. Кочетков, д-р техн. наук, председатель Поволжского отделения РАТ, главный эксперт ФАУ «РОСДОРНИИ», профессор ПНИПУ и СГТУ; Владимир
Цудечкис, почётный председатель Латвийской ассоциации управления отходами (Латвия); Константин
Диденко, профессор Рижского технического университета (Латвия); Кристоф Вюнш, профессор, зав. каф.
управления отходами Технического университета города Дрездена (Германия); Ю.Б. Матвеев, канд. техн.
наук, старший научный сотрудник, Институт технической теплофизики Национальной академии наук Украины; Е.Б. Угненко, д-р техн. наук, профессор ХНАДУ, г. Харьков (Украина); Г.П. Пастушков, д-р техн.
наук, профессор и ученый секретарь БНТУ, действительный член БГА и БАА, г. Минск (Белоруссия);
И.Г. Овчинников, д-р техн. наук, действительный член РАТ, МАН ВШ, ЖКАРФ, АПКРФ, ASCE, IABSE,
RILEM, профессор ПНИПУ и СГТУ; Н.М. Филькин, д-р техн. наук, действительный член РАТ, профессор
ИжГТУ, г. Ижевск; О.Н. Бурмистрова, д-р техн. наук, профессор, зав. каф. ТМЛиПГ УГТУ, г. Ухта;
А.А. Хазиев, канд. техн. наук, доцент, руководитель испытательной лаборатории МАДИ-ХИМ, МАДИ,
г. Москва; М.П. Трухин, генеральный директор ОАО «Пермдорстрой»; В.П. Писклов, генеральный директор ЗАО «Перминжсельстрой», г. Пермь; А.В. Эдельман, главный инженер ОАО «Пермавтодор»; Н.В. Кошелев, заслуженный строитель, специалист по инновациям ОАО «Пермдорстрой»; Н.А. Богоявленский,
ст. преподаватель каф. АДМ ПНИПУ, ответственный за оформление документов, приём, размещение
и сопровождение иностранных участников; И.Н. Ташкинова, зам. декана по научной работе АДФ ПНИПУ,
канд. техн. наук, доцент каф. ООС – координатор конференции.
ISBN 978-5-398-01571-3
© ПНИПУ, 2016
СОДЕРЖАНИЕ
СЕКЦИЯ 1. Модернизация наземных транспортно-технологических
машин и комплексов. Транспорт. Теоретические разработки
и проектирование. Практика применения, эксплуатация и сервис
Бровкин И.Д., Грачев А.П.
Моделирование поведения грунтов под опорами
стрелового самоходного крана.....................................................................10
Васильев В.Г., Вахрушев С.И., Манн С.В.
Совершенствование эффективности виброзащиты
операторов строительных и дорожных машин...........................................14
Габдуллин М.Р., Филькин Н.М., Музафаров Р.С., Музафаров Э.Р.
Разработка электромеханического привода стояночной
тормозной системы .......................................................................................20
Генсон Е.М., Лобов Н.В., Монченко С.А.
Современные проблемы эксплуатации мусоровозов и учета горючесмазочных материалов на предприятиях коммунального транспорта ....... 24
Гуськов А.Ф., Дюнов В.А., Кожухов О.В.
Модернизация бронированного корпуса специального
автомобиля Урал-432009 ..............................................................................30
Денисов Р.В., Пестриков С.А., Петухов М.Ю.
Внедрение систем комплексной тепловой подготовки
агрегатов спецтехники как элемент ресурсосберегающей
политики предприятий автодорожной отрасли ..........................................34
Жидкова М.А.
Мобильные службы вызова такси: преимущества и недостатки ..............42
Ившин К.С., Антипина Е.В.
Вопросы дизайна наземных транспортных роботов ..................................47
Козин А.А., Хмелев Р.Н.
Совершенствование технического диагностирования автомобильных
двигателей на основе методов имитационного моделирования ...............53
Коноплев В.И., Макаров В.М.
К вопросу зависания камня в зевах щековых дробилок ............................58
Кручинин И.Н.
Имитационное моделирование взаимодействия ходовой
части лесотранспортной машины с опорной поверхностью .....................62
3
Кузнецов П.А., Щелудяков А.М.
Управление внутренними транспортными потоками
на машиностроительных предприятиях: практический аспект.................66
Лобов Н.В., Пестриков С.А., Монченко С.А.
Корректировка норм расхода топлива мусоровоза
в зависимости от степени загрузки..............................................................71
Максимов Н.А., Дюнов В.А., Кожухов О.В.
Модернизация механизма выключения водометного
движителя бронетранспортера БТР-82........................................................78
Молородов В.В., Бердников А.А.
Многотопливный насос высокого давления двигателя УТД-20 ...............83
Морозов В.В., Ярков С.А.
Оценка состояния транспортного потока путём анализа его основных
характеристик (на примере регулируемых пересечений в г. Тюмени)....... 86
Объедков С.А., Свиридов Е.В.
Система контроля и ограничения скорости движения колесных
машин на повороте........................................................................................90
Остапчук А.К., Кузнецова Е.М., Михалищев А.Г., Шашков А.И.
Особенности управления точностью прецизионной обработки
деталей транспортных машин ......................................................................96
Радько А.Е., Хмелев Р.Н.
Математическое моделирование, исследование и расчет динамических
процессов в системе «автомобильный двигатель – нагрузка»......................101
Редькин А.В., Муравец И.Н.
Методы управления и контроля устойчивости мобильных
грузоподъемных машин..............................................................................105
Сероштан В.И., Гаах Т.В.
Кинетика образования усталостных трещин в сварных
соединениях металлоконструкций грузоподъемных машин...................109
Тимченко В.С.
К вопросу имитационной модели распределительного склада...............114
Тимченко В.С.
Обоснование строительства буферного парка в припортовом
железнодорожном узле ...............................................................................117
Тюзюльбаев А.Г.
Испытание грузовой устойчивости автомобильного
крана-манипулятора....................................................................................121
Филькин Н.М., Музафаров Р.С., Габдуллин М.Р., Скуба Д.В.
Проект создания унифицированной машины технологического
электротранспорта.......................................................................................125
4
Шаталова Н.В.
Авиационное сообщение в Арктической зоне
Российской Федерации ...............................................................................131
СЕКЦИЯ 2. Урбанистика. Охрана окружающей среды.
Техносферная и транспортная безопасность
Азматова Е.С., Ташкинова И.Н.
Обоснование применения структуратора на основе отходов
строительства и сноса объектов химической промышленности
для задач восстановления нарушенных территорий ................................136
Ахмадиев М.В., Чугайнова А.А.
Применение биореакторной технологии с целью предотвращения
негативного воздействия процесса биоремедиации
нефтезагрязненной почвы на окружающую среду...................................140
Батракова Л.М., Рудакова Л.В.
Оценка экологического состояния промышленных площадок
для нового строительства ...........................................................................144
Бурмистрова М.В., Морозова Т.Н., Белик Е.С.
Микробиологические исследования деградации твердых
коммунальных отходов на полигоне «Дубна Левобережная» ................148
Власова О.М., Бессонова Е.Н., Глушанкова И.С.
Применение природного цеолита при очистке аммонийсодержащих
сточных вод производства фтористых солей .............................................. 152
Волкова М.В., Уланова Т.С.
Мелкодисперсные частицы PM2,5 и PM10 в выбросах автотранспорта ..... 157
Галкина О.А.
Результаты инструментальных измерений транспортного
шума в г. Перми ..........................................................................................160
Глушанкова И.С., Атанова А.С., Гарибзянова Е.Е.,
Мясникова А.В., Шутова А.К.
Оценка применимости опытно-промышленных образцов
гранулированных активных углей в системах водоподготовки
и очистки природных вод...........................................................................165
Давлетова С.Ф., Бессонова Е.Н., Глушанкова И.С.
Применение реагентного метода для очистки сточных вод
производства фтористых солей от ионов аммония ..................................170
Залевская Ю.М., Белик Е.С.
Биотехнологические способы очистки сточных вод
целлюлозно-бумажных предприятий ........................................................174
5
Карпова Н.Ю., Батракова Г.М.
Оценка экологической безопасности при огневых стендовых
испытаниях энергонасыщенных материалов............................................179
Коптелов О.Г., Таубкин Г.В., Быкова Г.П.
Зарубежный опыт организации маршрутных пассажирских перевозок
с использованием различных уровней приоритетов движения ................. 183
Король К.С.
Оценка риска для здоровья населения в крупном
промышленном центре ...............................................................................188
Мифтахова К.Р., Пьянкова О.Г., Рудакова Л.В., Глушанкова И.С.
Анализ методов обеззараживания питьевой воды крупных
и малых населенных пунктов.....................................................................193
Морозова Т.Н., Белик Е.С.
Биотехнологическая очистка почвы и бурового шлама
от углеводородов нефти..............................................................................198
Мякишева А.В., Ташкинова И.Н.
Теоретические основы оценки отложенного ресурсного потенциала
промышленных объектов на урбанизированных территориях ...............201
Панькова Е.И., Батракова Г.М.
Мониторинг шумового воздействия автотранспорта
на территории комплекса ПНИПУ ............................................................205
Попова Е.Ю., Глушанкова И.С., Вайсман Я.И.
Выбор сорбционных волокнистых материалов для очистки
ливневых сточных вод с автодорог ...........................................................210
Халецкая М.И., Арзамасова Г.С.
Обезвреживание обводненных отходов газового конденсата.................216
Ярков М.А.
Формирование и проблемы транспортного комплекса малых
городов Пермского края .............................................................................221
СЕКЦИЯ 3. Модернизация, эксплуатация, строительство
и реконструкция автомобильных дорог, мостов, тоннелей,
аэродромов, трубопроводов, зданий и сооружений
дорожной инфраструктуры
Апталаев М.Н.
Экспериментальная оценка влияния внутригрунтового источника
тепла на промерзание-оттаивание грунтового массива ...........................226
Байдак М.А., Сурсанов Д.Н.
К вопросу строительства подземных парковок в г. Перми .....................231
6
Бахтин С.А.
Разработка автодорожного металлического пролетного строения
пониженной строительной высоты с оптимизацией параметров ...........237
Бондарев Б.А.
Мероприятия по повышению уровня эксплуатационной
надежности элементов мостов с применением полимерных
композиционных материалов.....................................................................242
Борисов А.Н.
Моделирование автоматического обследования трубопровода
подводным аппаратом в среде SubSim......................................................248
Ботяновский А.А.
Геодезические работы в составе мониторинга сооружений
при строительстве транспортной развязки над тоннелями
метрополитена в г. Минске ........................................................................253
Быков А.А.
Методика инфракрасной съемки для обнаружения
дефектов-отслоений композита в усиленных поверхностным
армированием железобетонных конструкциях ........................................256
Быков А.А.
Оценка качества работ по усилению железобетонных
конструкций композиционным материалом.............................................260
Вайтович А.Н., Шикуть К.К.
Испытание путепровода с применением системы мониторинга АСМК.....264
Глушков С.П., Соловьев Л.Ю., Засухин И.В., Шаршов Р.А.
Исследование уровня усталостных повреждений
в малоуглеродистой стали методом инфракрасной термографии ..........268
Ефименко С.В., Федотов И.В.
Прогнозирование расчётных значений влажности для обеспечения
качества проектирования автомобильных дорог в условиях
III дорожно-климатической зоны Западно-Сибирского региона............272
Кочетков А.В., Янковский Л.В.
Вопросы развития менеджмента качества в дорожном хозяйстве .........277
Кручинин И.Н., Дедюхин А.Ю.
Улучшение деформационных характеристик асфальтобетонных
покрытий автомобильных дорог................................................................280
Моисеев О.Ю., Парышев Д.Н., Овчинников И.Г., Харин В.В., Овчинников И.И.
Трубобетонные балки с частично предварительно напряженным
бетонным ядром для пролетных строений малых мостов .......................283
7
Моисеева О.В., Клевеко В.И.
Выбор оптимального типа сечения металлической гофрированной
конструкции для возведения подземного пешеходного перехода..........289
Тимофеева Л.М., Тимофеев А.Д.
Об устойчивости откосов земполотна в зоне потенциального
подтопления................................................................................................294
Ходяков В.А.
Оптимизация металлической двутавровой балки
по максимальному прогибу ........................................................................300
Чёлушкин И.А.
Влияние динамических характеристик легкового автомобиля
на коэффициент сцепления и образование колейности покрытия..........303
Шомин И.И., Кручинин И.Н.
Аналитическое описание динамических процессов в дорожной
конструкции автомобильных дорог...........................................................307
Щелудяков А.М.
Упорядоченный характер оценки распространения волн
в цилиндрическом канале (трубопроводе)................................................311
Щепетева Л.С., Агапитов Д.А., Тюрюханов К.Ю.
Оценка усталостной долговечности асфальтобетона на основе
полимерно-битумного вяжущего ПБВЭ (модификатор «Элвалой»)
при испытании на циклическое сжатие (по EN 12697-25).......................315
Щепетева Л.С., Агапитов Д.А., Тюрюханов К.Ю.
Устойчивость асфальтобетона к колееобразованию................................319
Ядовина К.С., Лашова С.С., Клевеко В.И.
О некоторых подходах к лабораторному исследованию
теплофизики мерзлых грунтов...................................................................324
Яковлев А.А., Пастушков В.Г., Пастушков Г.П.
Устройство защитного экрана линии метрополитена мелкого
заложения при строительстве транспортной развязки в г. Минске ........330
Яшнов А.Н., Лебедев А.А.
Синергетический эффект сочетания композиционных
материалов и висячей системы ..................................................................335
Яшнов А.Н., Поляков С.Ю.
Оценка напряженно-деформированного состояния дорожного
покрытия при его работе совместно с ортотропной плитой....................338
8
Секция 1
МОДЕРНИЗАЦИЯ НАЗЕМНЫХ
ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
МАШИН И КОМПЛЕКСОВ. ТРАНСПОРТ.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
И ПРОЕКТИРОВАНИЕ.
ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ,
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И СЕРВИС
9
УДК 621.873: 624.131
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ГРУНТОВ
ПОД ОПОРАМИ СТРЕЛОВОГО САМОХОДНОГО КРАНА
И.Д. Бровкин, А.П. Грачев
Тульский государственный университет, Россия
Рассмотрены вопросы прогнозирования просадки грунта под выносными опорами стреловым самоходным краном при выполнении рабочих операций; приведен пример построения модели грунта с помощью программного комплекса GEO5.
Ключевые слова: стреловые самоходные краны, безопасность, нагрузки на опоры, просадка грунта, моделирование.
При выполнении рабочих операций мобильными транспортными
средствами различного назначения, работающими на выносных опорах, одной из главных проблем является обеспечение устойчивости
к опрокидыванию. Потеря устойчивости может произойти как вследствие перегрузки (по весу груза, от ветровых нагрузок), так и в результате просадки грунта под выносными опорами. Наиболее полные и достоверные данные при изучении грунтов могут быть получены лишь
при сочетании лабораторных и полевых методов исследования. В лабораториях на отдельных образцах можно изучать «микромир» грунтов,
т.е. взаимосвязь между его отдельными микрокомпонентами, в полевых условиях – свойства уже самих массивов грунта. Поскольку место
дислокации данного транспортного средства определяется непосредственно перед его применением, необходимо иметь бортовую систему
прогнозирования просадки грунта по динамике текущего изменения
при выполнении рабочих операций.
В процессе работы стрелового самоходного крана грунт под выносными опорами подвергается циклическому нагружению. Причем
нагрузка на каждую из опор неодинакова и изменяется при каждом рабочем цикле, при изменении траектории и работы с различными грузами [1]. К тому же грунт может быть неравномерным и иметь различную плотность под разными опорами. Поэтому необходимо установить
закономерность изменения просадки грунта под каждой из опор в зависимости от действующей нагрузки в течение каждого цикла и на осно10
вании установленных закономерностей делать заключение о возможности осуществления следующего цикла, т.е. перемещения определенного груза по определенной траектории.
Алгоритм прогнозирования подразумевает идентификацию грунта
по зависимости текущего значения просадки от нагрузки, которые определяются группой датчиков и бортовым процессором, объединенными в единую информационно-измерительную систему. Для достижения
этой цели необходимо смоделировать поведение грунтов различных
типов при определенном спектре нагрузок со стороны крана.
Построение такой модели можно реализовать с помощью программного комплекса GEO5 [2, 3]. Одним из модулей является «Осадка» – программа расчета осадки и уплотнения грунта, предназначенная
для определения вертикальной осадки и происходящего со временем
уплотнения грунта.
Программа основана как на аналитических методах, так и на методе конечных элементов, используются различные теории расчета осадки. Встроенная база данных параметров грунтов дает возможность задания сложных геологических разрезов.
Основные свойства программы:
– любое количество дополнительных нагрузок, применимое к конструкции;
– отображение общего результата осадки или разницы от предыдущего этапа проектирования;
– ограничение зоны деформации в соответствии с теорией прочности конструкции, в процентах от геостатического напряжения или несжимаемого основания;
– автоматический расчет осадки и напряжений во всех ответственных точках;
– расчет осадки в зависимости от времени (консолидации);
– изображение результатов с помощью цветовой гаммы (рисунок).
При задании свойств грунта можно воспользоваться встроенной
базой данных, в которой находятся ориентировочные значения основных характеристик. Характеристики грунтов, которых нет в каталоге,
необходимо задавать вручную.
Для определения напряжения в состоянии грунта во всех методах анализа усадки используется теория упругости. Общий подход во всех теориях
основан на разделении подгрунта на слои разной толщины в зависимости
от глубины под основанием или поверхностью земли. Затем рассчитывается вертикальная деформация каждого слоя: общая усадка определяется как
сумма частных усадок отдельных слоев в зоне воздействия.
11
Рис. Пример реализации программы
Программное обеспечение GEO5 предназначено для моделирования различных геотехнических процессов и используется для решения
широкого спектра задач в строительной индустрии. Возможность его
непосредственного использования в системе прогнозирования просадки грунта под выносными опорами стрелового самоходного крана вызывает сомнения, однако программа «Осадка» вполне подходит для
проведения компьютерного эксперимента. С ее помощью можно смоделировать конкретные реальные ситуации для различных типов грунтов, проанализировать их поведение, проследить динамику изменения
их свойств, создать базу данных для использования в комплексной системе безопасности мобильной грузоподъемной машины.
Задачу прогнозирования можно решить, используя принцип самообучающейся системы автоматизированного управления. Реализовать
этот принцип для стреловых самоходных кранов можно следующим
образом. По прибытии на место работы и после установки на выносные
опоры оператор-крановщик осуществляет пробный рабочий цикл (поворот стрелы без груза на 360°), фиксируя при этом изменения давления в гидроцилиндрах опор.
Поскольку масса оборудования крана заранее известна и может
содержаться в памяти бортового компьютера, можно при текущем положении стрелового оборудования определять закон изменения нагрузки в опорах с учетом дополнительных нагрузок, в том числе возникающих из-за изменения свойств грунта [4, 5]. Сравнивая полученные
в результате измерений данные с заранее рассчитанными, можно прогнозировать просадки под каждой из опор. Одновременно по показаниям датчиков давления определяются значения суммарной нагрузки,
распределенной на опоры крана.
12
Таким образом, получается зависимость просадки грунта от нагрузки, интерполяция которой позволит судить о возможном развитии
ситуации при работе крана с грузом. Масса груза и траектория его перемещения, если она заранее неизвестна, может быть также определена
путем сравнения текущих нагрузок в опорах со значениями, содержащимися в памяти компьютера.
Список литературы
1. Редькин А.В., Сорокин П.А., Чернов А.В. Расчет нагрузок на
опоры крана с учетом характеристик упругости рамы, опорных элементов и грунта // Изв. Тул. гос. ун-та. Техн. науки. – 2009. – Вып. 2. –
Ч. 1. – С. 117–122.
2. Geotechnical software suit “GEO5”. Руководство пользователя.
Версия 16. Fine Ltd. 2013 [Электронный ресурс]. – URL: http: //www.finesoftware.ru/geotechnical-software/solutions/settlement-analysis/ (дата обращения: 22.09.2015).
3. Ивахненко А.Г., Клепиков С.И. Прогнозирование параметрической надежности машин методом сетевого стохастического моделирования // Изв. вузов. Машиностроение. – 1987. – № 1. – С. 136.
4. Редькин А.В. Способ управления стреловым краном с учетом
дополнительных динамических нагрузок // Изв. Тул. гос. ун-та. Техн.
науки. – 2013. – Вып. 12. – Ч. 1. – С. 233–238.
5. Алгоритмы нечеткой логики в управлении устойчивостью стационарного башенного крана / П.А. Сорокин, В.Ю. Анцев, А.В. Редькин, В.А. Обыденов // Изв. Тул. гос. ун-та. Техн. науки. – 2011. – № 4. –
С. 238–245.
Об авторах
Бровкин Иван Дмитриевич (Тула, Россия) – студент, Тульский
государственный университет (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92; e-mail:
ptm@tsu.tula.ru).
Грачев Александр Павлович (Тула, Россия) – студент, Тульский
государственный университет (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92; e-mail:
ptm@tsu.tula.ru).
13
УДК 621.752
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ВИБРОЗАЩИТЫ ОПЕРАТОРОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ
И ДОРОЖНЫХ МАШИН
В.Г. Васильев, С.И. Вахрушев, С.В. Манн
Пермский военный институт внутренних войск МВД России, Россия
Представлены результаты исследований повышения эффективности
виброзащиты операторов строительных и дорожных машин на основе
разработки новых энергоемких и простых конструкций пружинных виброизоляторов.
Ключевые слова: амплитудно-частотная характеристика, демпфирующий элемент, однополостный гиперболоид вращения, резонанс, ромб,
перпендикуляр, упругий элемент.
В настоящее время система подвески сиденья, механический аналог
которой представляет собой массу, установленную на цилиндрической
пружине и демпфере, соединенных параллельно с помощью направляющего устройства, не всегда обеспечивает высокое качество виброзащиты в условиях сложных динамических возмущений. Такой пружинный виброизолятор не обеспечивает эффективного виброгашения в широком диапазоне амплитудно-частотных характеристик вследствие
постоянства жёсткости цилиндрической пружины и неизменной площади демпфирующего элемента. Ограниченные возможности такой подвески сиденья особенно проявляются при гашении ударных нагрузок.
Кроме того, известно устройство в виде конической винтовой
пружины, используемое в различных конструкциях виброизоляторов
и обладающее нелинейностью упругих характеристик1. Недостатком
указанного устройства являются слабые диссипативные свойства за
счёт внутреннего трения, возникающего в упругом элементе при его
деформациях.
В целях исключения указанных недостатков предлагается новая
конструкция пружинного виброизолятора сиденья оператора СДМ.
Сущность предлагаемой конструкции состоит в том, что пружинный
1
14
Кер-Вильсон У. Вибрационная техника. – М.: Машгиз, 1983. – 415 с.
виброизолятор (рис. 1) содержит пружину 1 и закреплённый по всей её
длине демпфирующий элемент 2. Пружина 1 выполнена в виде однополостного гиперболоида вращения, а демпфирующий элемент 2 в поперечном сечении имеет форму ромба, большая диагональ которого
перпендикулярна оси пружины 1. Кроме того, шаг витков уменьшается
от центра к её торцам.
Рис. 1. Пружинный виброизолятор
(продольный разрез)
Предложенный виброизолятор, содержащий пружину и закреплённый по всей её длине демпфирующий элемент, отличается тем, что
с целью повышения эффективности виброгашения за счёт увеличения
нелинейности амплитудно-частотной характеристики пружина выполнена в виде однополостного гиперболоида вращения, а демпфирующий
элемент в поперечном сечении имеет форму ромба, большая диагональ
которого перпендикулярна оси пружины. Кроме того, шаг витков пружины уменьшается от её центра к торцам.
Целью предлагаемого устройства является повышение эффективности виброгашения путём увеличения нелинейности амплитудночастотной характеристики виброизолятора.
Поставленная цель достигается рядом конструктивных мероприятий:
1. Пружина выполнена в виде однополостного гиперболоида вращения.
2. Шаг витков пружины уменьшается от её центра к торцам.
3. Демпфирующий элемент закреплен вдоль витков пружины.
4. Демпфирующий элемент в поперечном сечении имеет форму
ромба, большая диагональ которого перпендикулярна оси пружины.
15
На рис. 1 изображён пружинный виброизолятор, продольный разрез; на рис. 2 – то же, общий вид при нагружении; на рис. 3 – поперечный разрез витка пружинного виброизолятора; на рис. 4 – упругая характеристика виброизолятора; на рис. 5 – амплитудно-частотная характеристика с сопротивлением.
Рис. 2. Общий вид
пружинного
виброизолятора
Рис. 3. Поперечный
разрез витка пружинного
виброизолятора
Рис. 4. Упругая
характеристика
виброизолятора
Пружинный виброизолятор работает следующим образом. При
воздействии вертикальной нагрузки пружина сжимается, при этом точки приложения нагрузки лежат на внутренних сторонах витков пружинного виброизолятора. По мере сжатия пружины уменьшается фокусное расстояние и эксцентриситет однополостного гиперболоида
(см. поперечное сечение на рис. 3). Это позволяет постепенно увеличивать площадь контакта двух противоположных сторон ромба демпфирующего и, в свою очередь, диссипацию механического воздействия.
Уменьшающийся шаг витков пружины от её центра к торцам позволяет
выдержать сопротивление ходу амортизируемого объекта в начальный
момент времени незначительное, и жёсткость виброизолятора понижается, а эффективность виброзащиты на низких частотах повышается.
С увеличением хода виброизолятора его жёсткость увеличивается
(возрастает нелинейность), гасятся высокочастотные колебания. Выполнение пружины с переменным шагом позволяет исключить резонансные явления.
Теоретические исследования предложенного устройства показали,
что наиболее эффективны характеристики пружинного виброизолятора
при следующих геометрических соотношениях:
– отношения предыдущего шага витков пружины к последующему
16
hn
h
= 2 = 1, 4;
hn − 1 h1
– отношения диагоналей ромба
С
= 2.
D
Предположим, что F(x) – нелинейная характеристика упругого
элемента, выражающая зависимость восстанавливающей силы от деформации х, отсчитываемой от положения статического равновесия
(см. рис. 4).
Диссипативная сила, как правило, пропорциональна скорости деформации H = bx.
Уравнение движения одномассовой системы запишется в следующей форме:
mx + bx + F ( x) = G0 cos ωt ,
(1)
где m – масса объекта; G0 cos ωt – гармоническое воздействие.
Введя обозначения
G0
b
F ( x)
= 2n;
= f ( x);
= g0 ,
m
m
m
(2)
приводим уравнение (1) к форме
x + 2nx + f ( x) = g 0 cos ωt.
(3)
Отметим наиболее существенные особенности поведения этой
системы, связанные с нелинейностью упругой силы. Решение уравне2π
, обычно оказывается близким к гарния (3), имеющее период T =
ω
моническому процессу (высшие гармоники этого решения обычно
сравнительно малы по амплитуде) и может поэтому в первом приближении определяться в следующей форме:
x = a0 + a cos(ωt + φ),
(4)
где a0 – смещение середины размаха колебаний от положения статического равновесия; a – амплитуда колебаний; φ – сдвиг по фазе между
колебаниями и вынуждающей силой.
17
Связь между a0 и a получается из условия равенства нулю постоянной составляющей силы f (x), которое может быть приведено к форме

2π
0
f ( a0 + a cos ψ )dψ = f 0 (a0 , a ) = 0 .
(5)
Из уравнения (5) можно определить зависимость a0 (a). Амплитуда
колебаний выразится следующим образом:
a=
g0
2
 λ (a) − ω  + 4n ω
2
2
2
(6)
2
Решив уравнение (6) при различных значениях частоты ω , строим
резонансную кривую системы а( ω ). Одна из возможных форм резонансной кривой показана на рис. 5.
Рис. 5. Амплитудно-частотная характеристика
с сопротивлением
В широком диапазоне частот существует несколько периодических
решений, при которых Кр < 1.
Таким образом, предлагаемая конструкция пружинного виброизолятора не только обеспечивает эффективное гашение колебаний сиденья водителя в широком диапазоне частот внешнего возмущающего
воздействия, но также полностью исключает пробой подвески при наезде транспортной машины на единичную неровность.
Об авторах
Васильев Вадим Геннадьевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, старший преподаватель, Пермский военный институт
18
внутренних войск МВД России (614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, 1;
e-mail: modest-1966@mail.ru).
Вахрушев Сергей Иванович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент, Пермский военный институт внутренних войск
МВД России (614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, 1; e-mail: modest1966@mail.ru).
Манн Сергей Владимирович (Пермь, Россия) – старший преподаватель, Пермский военный институт внутренних войск МВД России
(614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, 1; e-mail: mann-SV@mail.ru).
19
УДК 629.1.02
РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА
СТОЯНОЧНОЙ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ
М.Р. Габдуллин, Н.М. Филькин,
Р.С. Музафаров, Э.Р. Музафаров
Ижевский государственный университет
имени М.Т. Калашникова, Россия
Представлено описание и принцип работы электромеханического
привода стояночной тормозной системы.
Ключевые слова: электротележка, стояночная тормозная система,
электродвигатель, электромеханический привод.
Стояночная тормозная система у большинства автомобилей выполняет сразу две функции – функцию стояночной тормозной системы
для удержания автомобиля неподвижно относительно опорной поверхности и функцию запасной тормозной системы, необходимой при возникновении отказа в основной тормозной системе автомобиля1.
Основными проблемами, связанными с проектированием и использованием стояночной тормозной системы автомобиля, являются:
ограничения по усилию органов управления и рабочему ходу привода
стояночного тормоза, отсутствие автоматической системы компенсации износа тормозных механизмов [1]. Данные проблемы можно решить путем использования в конструкции автомобиля электромеханической стояночной тормозной системы. Электромеханическая стояночная тормозная система интенсивно используется на автомобилях
иностранного производства и имеет различные конструкции [2].
В ФГБОУ ВПО «ИжГТУ им. М.Т. Калашникова» на кафедре
«Автомобили и металлообрабатывающее оборудование» разрабатывается электромеханическая стояночная тормозная система универсального типа. Ее универсальность состоит в том, что исполнительные элементы стояночной тормозной системы автомобилей, на которые она
устанавливается, остаются от базового автомобиля, а привод стояноч1
ГОСТ Р 51709–2001. Автотранспортные средства. Требования безопасности
к техническому состоянию и методы проверки.
20
ной тормозной системы заменяется на электромеханический. Принципиальная электрическая схема представлена на рис 1, а, структурная
схема – на рис. 2.
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема
привода стояночной тормозной системы
Рис. 2. Привод электромеханической стояночной тормозной системы:
1 – электрический двигатель; 2 – ременная передача; 3 – винт;
4 – подшипниковая опора; 5 – гайка; 6 – коромысло; 7 – тросы;
8 – верхний концевой выключатель; 9 – нижний концевой выключатель
21
Принцип работы привода состоит в следующем. При помощи переключателя S1 замыкается цепь, и ток с аккумуляторной батареи поступает на слаботочное реле KA2. В свою очередь, реле КА2 подает
ток на силовые реле КМ3 и КМ4. Реле КМ3, КМ4 замыкают силовую
цепь, питающую якорь электродвигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов 1, что приводит к вращению якоря электродвигателя [3]. Якорь электродвигателя за счет ременной передачи 2
передает вращающий момент на винт 3, установленный на подшипниковых опорах 4. Винт, вращаясь, преобразует вращательное движение
в поступательное движение гайки 5, на которой установлено упругое
коромысло 6. Коромысло, перемещаясь вместе с гайкой, натягивает
тросы 7 привода к тормозным механизмам на колесах, при этом само
коромысло деформируется в пределах упругой деформации. При достижении номинального натяга тросов, происходит отключение подачи
электроэнергии к якорю электродвигателя за счет размыкания контактов концевого выключателя SQ2 8, срабатывающего при упругой деформации коромысла [4].
Для отключения стояночной тормозной системы переключатель S1
переводится в верхнее положение и замыкает цепь, питающую слаботочное реле КА1. В свою очередь, реле КА1 подает ток на силовые реле КМ1 и КМ2, в результате чего происходит смена полюсов ротора и
направление вращения двигателя изменяется на противоположное,
происходит ослабление натяга тросов. Приближаясь к нулевой точке,
гайка наезжает на ролик нижнего концевого выключателя SQ1 9, который размыкает силовую цепь, питающую электродвигатель.
В настоящее время разработан экспериментальный образец электромеханического привода стояночной тормозной системы, проводятся
лабораторные и дорожные экспериментальные исследования на электротележке типа ЕТ производства ОАО «Сарапульский электрогенераторный завод».
Список литературы
1. Умняшкин В.А., Филькин Н.М., Музафаров Р.С. Теория автомобиля: учеб. пособие. – Ижевск: Изд-во Иж. гос. техн. ун-та, 2006. – 272 с.
2. Тракторы и автомобили: учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Автомобиле- и тракторостроение» / В.М. Шарипов, М.К. Бирюков, Ю.В. Дементьев [и др.]; под общ. ред. В.М. Шарипова. – М.: Спектр, 2010. – 351 с.
22
3. Давыдов Ю.А., Пляскин А.К. Тяговые электрические машины:
учеб. пособие. – Хабаровск, 2012. – 126 с.
4. Александрова М.П. Тормозные устройства: справочник. – М.:
Машиностроение, 1985. – 312 с.
Об авторах
Габдуллин Марсель Рифович (Ижевск, Россия) – аспирант кафедры «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование», Ижевский государственный университет имени М.Т. Калашникова (426068,
г. Ижевск, ул. Студенческая, д. 7; e-mail: olimpik.07@mail.ru).
Филькин Николай Михайлович (Ижевск, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование», Ижевский государственный университет имени М.Т. Калашникова (426068, г. Ижевск, ул. Студенческая, д. 7; e-mail:
fnm@istu.ru).
Музафаров Раис Салихович (Ижевск, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование», Ижевский государственный университет имени М.Т. Калашникова (426068, г. Ижевск, ул. Студенческая, д. 7; e-mail: amo@istu.ru).
Музафаров Эльдар Раисович (Ижевск, Россия) – студент кафедры
«Автомобили и металлообрабатывающее оборудование», Ижевский государственный университет имени М.Т. Калашникова (426068, г. Ижевск,
ул. Студенческая, д. 7; e-mail: amo@istu.ru).
23
УДК 628.465.2
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ
МУСОРОВОЗОВ И УЧЕТА ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ КОММУНАЛЬНОГО
ТРАНСПОРТА
Е.М. Генсон, Н.В. Лобов, С.А. Монченко
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Статья посвящена проблеме повышения эффективности эксплуатации коммунальной техники. Проанализированы тенденции изменения парка
мусоровозов в крупных городах страны. Рассмотрены факторы, оказывающие влияние на топливную экономичность мусоровоза. Выбран метод определения расхода топлива при проведении экспериментальных исследований.
Ключевые слова: сбор и вывоз ТБО, мусоровоз, система взвешивания
отходов, расход топлива, нормирование.
В настоящее время в России остро стоит проблема управления
отходами производства и потребления. В среднем на каждого жителя
РФ образуется не менее 15 т различных твердых бытовых отходов
(ТБО) в год [1]. Невысокий уровень их обезвреживания приводит
к постоянному росту объемов накопления отходов, что значительно
ухудшает экологическую и санитарно-эпидемиологическую обстановку, особенно в крупных городах и мегаполисах, увеличивает затраты, связанные с транспортировкой отходов, а также обслуживанием полигонов и свалок.
Сбор и удаление ТБО в городах и населенных пунктах осуществляется специализированными автотранспортными предприятиями
(АТП) в сроки, предусмотренные санитарными правилами содержания
территорий населенных мест (СанПиН 42-128-4690-88. Санитарные
правила содержания территорий населенных мест). Периодичность вывоза ТБО устанавливается с учетом сезонов года, климатической зоны,
эпидемиологической обстановкой в регионе.
При выборе мусоровозов АТП учитывают такие критерии, как
вместимость кузова, необходимая степень уплотнения ТБО в зависи24
мости от их исходной средней плотности, дальность транспортирования ТБО, развитость дорожной сети и ее пропускная способность и др.
Для перемещения ТБО из мест образования до объектов по их переработке, уничтожению и размещению наиболее часто используются две
системы – прямая (одноэтапная) и двухэтапная. Одноэтапная система
применяется при прямом вывозе ТБО из мест образования к объектам по
их переработке, обезвреживанию и размещению. Двухэтапная система
применяется при использовании мусороперегрузочных станций (МПС).
На сегодняшний день в г. Перми в основном преобладает одноэтапная система удаления ТБО. В городе работают более 20 предприятий – перевозчиков ТБО. Для них остро стоят вопросы повышения
эффективности деятельности и оптимизации издержек, связанных с перевозочным процессом.
Существует несколько способов повышения эффективности деятельности специализированного АТП [2]:
1) улучшение технико-экономических показателей (коэффициент
использования грузоподъемности, пробега, коэффициент выпуска и др.);
2) сокращение материальных затрат (техническое обслуживание,
текущий ремонт, ГСМ, шины, накладные расходы и др.);
3) расширение перечня предлагаемых услуг (закрытие люков контейнеров, их санитарная обработка, ремонт и др.);
4) внедрение собственных МПС (увеличение производительности
работы ПС, уплотнение груза).
Одной из основных статей затрат на сбор и транспортирование ТБО
являются затраты на топливо. Таким образом, для повышения эффективности деятельности АТП необходимо оптимизировать затраты и определить пути улучшения топливной экономичности подвижного состава.
Эксплуатационный расход топлива делится на фактический и нормативный. Если фактический расход является тем количеством топлива,
которое было израсходовано для выполнения заданной работы, то нормативный расход представляет собой фиксированное значение, установленную меру, определяемую для конкретного автомобиля при его использовании в заданных условиях. В основе последнего лежит норма, на
практике рассчитываемая по методическим рекомендациям с использованием базовой нормы расхода топлива1.
1
Об утверждении Рекомендаций по расходу топлива машинами для содержания,
ремонта автомобильных дорог и объектов внешнего благоустройства поселений: Постановление Госстроя России от 09.03.2004 № 36.
25
В настоящее время на большинстве мусоровозов для контроля
фактического расхода топлива применяется специализированное оборудование – средства инструментального контроля фактического расхода топлива. Однако учет фактического расхода топлива не позволяет
достичь высокой топливной экономичности без объективно установленного лимита потребления топлива. К тому же применение средств
инструментального контроля связано с рядом проблем, среди них основными являются дороговизна оборудования, необходимость контроля и анализа данных.
Таким образом, для повышения экономической эффективности за
счет реальной экономии топлива необходимо прежде всего точно и объективно определить нормативный расход топлива для автомобилей разных марок и моделей.
На автотранспортных предприятиях нормы, как правило, рассчитываются по верхнему пределу, так как действующая методика нормирования не позволяет с достаточной точностью учитывать особенности
условий эксплуатации конкретного автомобиля. Завышенные нормы
расхода топлива не позволяют выявить и определить реальную причину перерасхода: плохое техническое состояние, неквалифицированное
вождение, хищение, неоправданные потери топлива при его транспортировке, хранении, заправке и т.д.
В качестве основного фактора, оказывающего влияние на топливную экономичность автомобилей, многие исследователи выделяют
массу перевозимого груза. Были установлены зависимости влияния
массы груза на топливную экономичность при движении автомобилей
в реальных условиях эксплуатации.
Однако мусоровоз – это машина, работающая в двух режимах:
транспортном (вывоз ТБО) и технологическом (сбор). На сегодняшний
день недостаточно изучены особенности эксплуатации мусоровозов,
а именно работы специального оборудования (подъемного устройства,
оборудования для прессования отходов и др.) в режиме сбора ТБО,
и влияние данных процессов на расход топлива.
Таким образом, для уточнения норм и повышения техникоэксплуатационных характеристик подвижного состава АТП необходимы дополнительные исследования, направленные на изучение особенностей эксплуатации мусоровозов и оценку влияния массы перевозимых отходов на топливную экономичность.
Для определения массы ТБО, загружаемых мусоровозом в местах
сбора, была разработана автоматическая бортовая система взвешива26
ния, основанная на методе измерения массы отходов по величине давления рабочей жидкости в гидросистеме [3].
На территории города Перми действуют три полигона размещения
отходов: в д. Софроны, в г. Краснокамске, в ЗАТО «Звездный».
На этих полигонах в течение нескольких дней проводилось наблюдение за активностью мусоровозов. Во время наблюдений фиксировались следующие параметры: порядковый номер, время прибытия,
марка шасси мусоровоза, государственный регистрационный знак,
вид загрузки, дополнительные сведения. Анализ данных проводился
по числу мусоровозов и виду загрузки. Также было проведено сравнение с ранее полученными данными аналогичного исследования.
Данные по распределению коммунальных машин по полигонам
г. Перми представлены на рисунке.
Рис. Распределение мусоровозов по типу загрузки в г. Перми
В г. Перми была зафиксирована активность 78 мусоровозов. По
данным исследований, за три года парк мусоровозов г. Перми в значительной степени изменился. В 2015 г. доля мусоровозов с задней загрузкой увеличилась с 33 до 52 % по сравнению с 2012 г. Эти изменения обусловлены внедрением более эффективной системы сбора
и транспортирования отходов, более совершенной и универсальной
конструкцией мусоровозов с задней загрузкой, их приспособленностью
к контейнерам различных типов, в том числе «евроконтейнерам».
Для проведения экспериментальных исследований были выбраны
наиболее распространенные мусоровозы с задней загрузкой МКЗ-10
производства ОАО «Ряжский авторемонтный завод» и БМ-53229-1
производства НПК «Коммунальные машины» г. Москва.
27
В ходе работы был проведен сравнительный анализ методов определения расхода топлива на автомобильном транспорте, результаты
которого представлены в таблице.
Анализ методов определения расхода топлива
Метод
Точность
Метод углеродного
Высокая
баланса
Применение датчика
Средняя
уровня топлива
Применение датчика
Высокая
расхода топлива
По показаниям шины
Низкая
CAN
По «доливу»
Высокая
до полного бака
Параметры
Необходимые
Изменения
(дополнительные)
в конструкции
условия
Необходимо наличие
Нет
газоанализатора
Да (нет, при При установке датчика
использовании необходима тарировка
штатного)
бака
Установка требует
да
определенной
квалификации
Стоимость,
тыс. руб.
30–50
9–13
15–20
Нет
Наличие шины CAN
6–9
Нет
Условия проведения
испытаний
3–5
По результатам анализа было определено, что метод «долива» до
полного бака является наиболее предпочтительным для проведения
экспериментальных исследований. Данный метод не требует никаких
подготовительных работ на мусоровозе, что позволяет не снимать его
с линии. Он является достаточно точным, относительно дешевым и позволяет оценить расход на конкретных участках маршрута мусоровоза
и при выполнении отдельных операций в режиме сбора ТБО.
Выводы
1. Объемы ТБО ежегодно увеличиваются. Для АТП остро стоят
вопросы повышения эффективности деятельности и оптимизации издержек, связанных с перевозочным процессом. Наиболее эффективным
и рациональным способом повышения эффективности деятельности
АТП является снижение затрат на топливо.
2. В качестве основного фактора, оказывающего наибольшее влияние на расход топлива автомобилей, исследователи выделяют массу
перевозимого груза. Для повышения топливной экономичности мусоровозов необходимо оценить влияние массы перевозимых ТБО на расход топлива в транспортном и технологическом режиме работы.
28
3. Экспериментальные исследования целесообразно проводить на
мусоровозах с задней загрузкой.
4. Проведен сравнительный анализ методов определения фактического расхода топлива АТС. Для проведения исследования выбран метод «долива» до полного бака как самый приоритетный.
Список литературы
1. Альшин М.А. Стратегия внедрения схемы утилизации отходов //
Твердые бытовые отходы. – 2012. – № 11 (77). – С. 39–40.
2. Северова Е.С. Разработка методики планирования перевозок
твердых коммунальных отходов автомобильным транспортом: автореф.
дис. … канд. техн. наук. – 2006. – С. 20.
3. Лобов Н.В., Мальцев Д.В., Генсон Е.М. Система контроля веса
отходов, загружаемых манипулятором мусоровоза в местах их сбора //
Журнал АТП. – 2012. – Февр. – С. 37–40.
Об авторах
Генсон Евгений Михайлович (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Автомобили и технологические машины», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь,
Комсомольский пр., 29; e-mail: Genson4@yandex.ru).
Лобов Николай Владимирович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобили и технологические машины», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: lobov@pstu.ru).
Монченко Сергей Александрович (Пермь, Россия) – магистрант
кафедры «Автомобили и технологические машины», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: s.a.monchenko@gmail.com).
29
УДК 629.027
МОДЕРНИЗАЦИЯ БРОНИРОВАННОГО КОРПУСА
СПЕЦИАЛЬНОГО АВТОМОБИЛЯ УРАЛ-432009
А.Ф. Гуськов, В.А. Дюнов, О.В. Кожухов
Пермский военный институт внутренних войск МВД России, Россия
Описываются перспективные направления совершенствования бронированного корпуса транспортного средства специального назначения,
состоящего на снабжении подразделений ВВ МВД России.
Ключевые слова: транспортное средство специального назначения,
бронезащищенность, гидропривод.
После окончания Второй мировой войны наиболее распространенным видом боевых действий на планете стали мятежные войны. Вьетнам для США и Афганистан для СССР отчетливо продемонстрировали,
что армиям нужны принципиально новые бронированные машины.
К сожалению, российские силовые структуры существенно отставали
до настоящего времени по насыщенности подразделений техникой
с повышенным уровнем защищенности. В течение недавнего времени
было представлено более 100 автомобильных образцов для возможного
использования в силовых структурах Российской Федерации.
В силовых структурах давно используется автомобильная техника, в которой применяется технология MRAP для защиты личного состава, находящегося в бронеавтомобиле, от воздействия поражающих
факторов мин и стрелкового оружия. Основной упор данной технологии сделан на специальной конструкции днища и бронировании корпуса машины.
В настоящее время во взаимодействии с заводами, осуществляющими разработку и производство образцов специальной техники, и
частями, ее эксплуатирующими, на факультете технического обеспечения Пермского военного института ведется анализ конструкций с целью выявления недостатков и перспектив их дальнейшего развития и
модернизации.
Актуальность такого исследования определяется постоянным требованием руководства силовых структур, и в частности руководства
внутренних войск МВД России, сократить боевые потери в горячих
точках. Основываясь на опыте эксплуатации специального автомобиля
30
УРАЛ-432009 (Урал-ВВ) в составе 50-й отдельной бригады оперативного назначения (50 ОБрОН) одним из направлений совершенствования машины может являться совершенствование броневого корпуса.
Существующая в настоящий момент конструкция, представленная на
рис. 1, не обеспечивает защиты шлангов и пневмоцилиндра лестницы десантного отсека. При повреждении пневмоцилиндра (замятие при ударе
о препятствие, столкновении с другим транспортным средством, воздействие поражающих элементов боеприпасов) возможно заедание и блокирование лестницей кормовых дверей. Наличие боковых дверей десантного отделения и отделения управления позволяет личному составу покинуть машину. Однако при огневом воздействии противника на переднюю
проекцию машины наиболее безопасным представляется использование
личным составом задних дверей бронированного корпуса.
Рис. 1. Пневмоцилиндр лестницы десантного отсека
бронированного автомобиля УРАЛ-432009
На основе анализа существующей конструкции бронированного
корпуса предлагается заменить двухстворчатую дверь и пневматический привод лестницы на одностворчатую рампу с гидравлическим
приводом (рис. 2) [1].
Модернизированная конструкция обеспечит существенное увеличение ширины проема и позволит снизить время выхода и погрузки
личного состава в транспортное средство, облегчит погрузку крупногабаритных грузов.
31
а
б
Рис. 2. Вид задней части бронированного корпуса специального
автомобиля Урал-432009: а – дверь десантного отсека до модернизации;
б – дверь десантного отсека после модернизации
Рис. 3. Схема гидравлического привода бронированного
автомобиля УРАЛ-432009: 1 – бак; 2 – гидронасос;
3 – гидрораспределитель; 4 – редукционный клапан давления
с выпуском давления; 5 – предохранительный гидроклапан прямого
действия; 6 – гидроцилиндр поршневой усилителя руля; 7 – обратный
клапан; 8 – гидроцилиндры рампы; 9 – фильтр
32
Конструкция корпуса предполагает использование внутреннего каркаса, обеспечивающего необходимую прочность и жесткость. Им предполагается оснастить и рампу, что исключит возможность ее деформирования [2].
Наряду с этим большой вес рампы требует замены пневматического привода объемным гидравлическим, расчет которого произведен
в настоящее время. Схема гидравлического привода представлена на
рис. 3. Наиболее рациональным предполагается установка силовых цилиндров привода рампы внутри бронированного корпуса, под сиденьями
десанта, что позволит защитить людей от поражения огнестрельным
оружием и поражающими факторами взрывчатых устройств. Рассматривается альтернативное место размещения цилиндров между бронированным корпусом и лонжеронами рамы автомобиля. В случае выхода
из строя гидравлического привода выход десанта может осуществляться через дверь в рампе бронированного корпуса машины, а также через
боковые двери десантного отделения и отделения управления.
Список литературы
1. Автомобиль бронированный Урал-432009: руководство по эксплуатации 432009-3902035 РЭ. – Изд. 1-е / УралАЗ. – Миасс, 2014.
2. Защита танков / под ред. В.А. Григоряна. – М.: Изд-во МГТУ
им. Н.Э. Баумана, 2007. – 326 с.
Об авторах
Гуськов Анатолий Федорович (Пермь, Россия) – курсант факультета технического обеспечения, Пермский военный институт внутренних войск МВД России (e-mail: ganta606120@gmail.com).
Дюнов Василий Александрович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры конструкций автобронетанковой техники факультета технического обеспечения, Пермский военный
институт внутренних войск МВД России (e-mail: bearn@mail.ru).
Кожухов Олег Вячеславович – преподаватель кафедры конструкций автобронетанковой техники факультета технического обеспечения,
Пермский военный институт внутренних войск МВД России.
33
УДК 621.878.23
ВНЕДРЕНИЕ СИСТЕМ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕПЛОВОЙ
ПОДГОТОВКИ АГРЕГАТОВ СПЕЦТЕХНИКИ КАК ЭЛЕМЕНТ
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ПОЛИТИКИ ПРЕДПРИЯТИЙ
АВТОДОРОЖНОЙ ОТРАСЛИ
Р.В. Денисов, С.А. Пестриков, М.Ю. Петухов
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Рассматриваются элементы внедрения системы комплексной тепловой подготовки агрегатов спецтехники на примере трактора ДТ-75МЛ.
Определены и классифицированы меры по ресурсосбережению. Показано,
что соблюдение эксплуатационных мер увеличивает срок службы техники, снижает расход запасных частей, топливно-смазочных и других эксплуатационных материалов, что существенно сокращает потребность
предприятия в ресурсах. Полученные результаты позволяют рекомендовать данную систему предприятиям, проводящим грамотную ресурсосберегающую политику, стремящимся к повышению эффективности производства в условиях кризиса.
Ключевые слова: ресурсосбережение, предпусковая тепловая подготовка, двигатель внутреннего сгорания, гидравлический привод, экономическая эффективность, срок окупаемости.
Ресурсосбережение – это совокупность мер по экономному и эффективному использованию всех факторов производства. Основными
факторами производств в классическом понимании являются земля, труд
и капитал, которые в совокупности можно определить как ресурсы.
Автотранспортные предприятия и предприятия, эксплуатирующие
строительно-дорожную технику, являются крупными потребителями материальных и энергетических ресурсов. К ресурсам, которые используют
предприятия в ходе производственной деятельности, относятся в первую
очередь сама техника, ее агрегаты, узлы, приборы, запасные части; технологическое оборудование и инструмент; топливные смазочные и другие эксплуатационные материалы; различные изделия и материалы для
хозяйственных нужд. Кроме того, предприятия потребляют значительное количество тепловой и электрической энергии и воды.
34
Экономное расходование перечисленных ресурсов на предприятии
обеспечивается рядом мер, которые можно условно поделить на эксплуатационные и хозяйственные:
Эксплуатационные
Комплектование парка техникой,
имеющей высокую надежность.
Хозяйственные
Использование и переработка отходов,
образующихся в процессе обслуживания
и ремонта техники
Соблюдение норм, правил и требова- Соблюдение установленных норм расний завода-изготовителя, которые за- хода изделий и материалов на ремонтноключаются в своевременном проведе- эксплуатационные и хозяйственные и
организация на предприятии строгого
нии и выполнении в полном объеме
регламентных работ по обслуживанию учета их потребления
техники, качественном ремонте и поддержании тем самым техники в исправном состоянии
Применение качественных эксплуата- Совершенствование организации произционных материалов
водственного процесса
Обучение операторов рациональным Оборудование открытых мест хранения
приемам работы на технике
техники (стоянок) современными средствами подогрева или разогрева
Проведение предпусковой тепловой Достижение оптимальных потерь топлиподготовки техники при ее эксплуата- ва в процессе его транспортировки, храции в зимний период
нения и при заправке техники
Соблюдение эксплуатационных мер позволяет увеличить срок
службы техники, снизить расход запасных частей, топливно-смазочных
и других эксплуатационных материалов, что существенно сокращает
потребность предприятия в ресурсах.
Рассмотрим одну из эксплуатационных мер ресурсосбережения,
а именно проведение предпусковой тепловой подготовки путем применения системы комплексной тепловой подготовки агрегатов (СКТПА)
спецтехники в зимнее время.
Кратко остановимся на конструкции предложенной системы. Основной особенностью данной системы является возможность предпусковой
тепловой подготовки не только двигателя спецтехники (что, конечно же,
немаловажно), но и гидравлической системы, от теплового состояния которой зависит работоспособность и производительность всей машины.
Теплогенерирующим элементом данной системы является дизельный автономный предпусковой подогреватель «Теплостар 14-ТС10». Нагревае35
мый в нем теплоноситель (в нашем случае антифриз) последовательно
прокачивается циркуляционным насосом через погружной теплообменник змеевикового типа, установленный в гидробаке, а затем через рубашку охлаждения двигателя. Таким образом, производится совместная тепловая подготовка двигателя и гидравлической системы.
При рассмотрении эксплуатационных мероприятий обратим внимание на ГОСТ Р 52104-2003 «Ресурсосбережение. Термины и определения», в котором подчеркивается следующее: «Ресурсосбережение
является важнейшим инструментом повышения эффективности производства и увеличения прибыли».
Таким образом, имеется возможность проанализировать предложенную эксплуатационную ресурсосберегающую меру в контексте
повышения эффективности производства. Эффективность производства – соотношение между полученными результатами производства –
продукцией и услугами, с одной стороны, и затратами труда и средств
производства – с другой. Это позволит оценить эффективность применения мероприятий по ресурсосбережению [1, 2].
Рассмотрим, каким образом применение предложенной системы позволяет повысить эффективность эксплуатации спецтехники в зимнее
время. Согласно определению эффективности, которое было дано выше,
для повышения эффективности необходимо повысить результаты и снизить затраты. Результатами труда в нашем случае будет работа, произведенная техникой, а затратами будут финансовые, человеческие и организационные ресурсы, которые были использованы для осуществления работы техники и ее поддержания в работоспособном состоянии [3, 4].
О повышении результатов будет свидетельствовать увеличение
производительности спецтехники, оснащенной системой комплексной
тепловой подготовки. Снижение затрат на эксплуатацию спецтехники
с данной системой оценим исходя из экономии различного вида материальных ресурсов, которые в конечном счете можно привести к экономическому эквиваленту [5].
Повышение результатов производства при использовании предлагаемой системы базируется на четырех основных факторах. Первые три
свидетельствуют о рациональном использовании особого вида ресурса –
времени, четвертый – на бережном отношении к человеческому ресурсу.
Во-первых, за счет предпускового прогрева двигателя спецтехники
осуществляется его гарантированный пуск при отрицательных температурах до – 45 °С, что позволяет эксплуатировать технику на протя36
жении всего зимнего периода. Таким образом, при гарантированном
прогреве и запуске основных агрегатов исключаются дни с нулевой
производительностью техники, в которые она не завелась по причине
низких температур, следовательно, сезонная и годовая производительность техники существенно повысится.
Во-вторых, сокращается время подготовки техники к принятию
нагрузок, поскольку к приходу оператора система тепловой подготовки
прогревает основные узлы (двигатель и рабочую жидкость в гидравлическом баке) до начальной рабочей температуры. У оператора в сильный мороз отпадает необходимость прогрева данных элементов внешними источниками тепла. Стоит отметить, что процедура подогрева
внешними источниками тепла может занять от 1 до 3 часов [6]. Время,
затраченное оператором на тепловую подготовку, проводимую таким
образом, будет соответственно отнято у дневного фонда рабочего времени оператора. В случае использования системы комплексной тепловой подготовки оператор техники может сразу же запускать двигатель
и после 5-минутной холостой проверки рабочего оборудования приступать к работе. За счет отмеченного сокращения времени подготовки
техники к принятию нагрузок увеличивается дневной фонд рабочего
времени, что позволяет оператору выполнить больше работы за смену.
В-третьих, снижается поток отказов, который для любых видов
техники увеличивается в зимнее время из-за отрицательного влияния
на узлы и агрегаты низких температур. Таким образом, техника меньше
времени находится в ремонте. В частности, при эксплуатации в условиях низких температур наработка на отказ уменьшается в 2–3 раза.
Система комплексной тепловой подготовки позволяет значительно
уменьшить данное негативное воздействие отрицательной температуры
на узлы и агрегаты. Благодаря снижению потока отказов техника
меньше времени находится в ремонте и, соответственно, выполняет
больше полезной работы за сезон, т.е. сезонная и годовая производительность техники значительно повышаются.
В-четвертых, производительность техники зависит от производительности труда оператора. На производительности труда оператора
однозначно сказываются условия труда. Благодаря системе комплексной тепловой подготовки оператору в начале рабочей смены нет необходимости мерзнуть на открытом воздухе, прогревая машину, а затем
сидеть в промерзшей кабине. Согретый и оперативно запущенный двигатель позволит быстро (в течение 10–15 минут) прогреть кабину опе37
ратора, создав комфортные условия труда, что, безусловно, скажется на
его психологическом и эмоциональном состоянии, а следовательно, позволит повысить производительность его труда и как следствие производительность техники.
Теперь перейдем к факторам снижения затрат.
Во-первых, система позволяет значительно снизить поток отказов,
который, как правило, увеличивается в зимнее время. Это связано
в первую очередь с повышением вязкости моторного и гидравлического масел, что создает критические условия работы для трущихся и подвижных элементов и приводит к их ускоренному износу. Предпусковой
подогрев способствует снижению вязкости масла и работе всех узлов
в оптимальном режиме. Это позволяет продлить ресурс агрегатов
и снизить поток отказов в зимнее время, в связи с чем снизятся и экономические затраты на ремонт спецтехники.
Во-вторых, при установке данной системы, отпадает надобность
в длительном прогреве техники на холостом ходу, при котором расходуется значительное количество топлива. Кроме того, в начальный период
работы гидравлической системы наблюдается дополнительное повышение расхода топлива из-за чрезмерного отбора мощности с двигателя для
прокачивания вязкого масла насосом гидравлической системы.
Предлагаемая система использует для предпусковой тепловой подготовки топлива на порядок меньше, чем прогрев техники на холостом
ходу, а также позволяет экономить топливо в начальный период работы техники. С учетом постоянно повышающихся цен на дизельное топливо данная система позволит значительно сэкономить при эксплуатации техники в зимний период.
В-третьих, в отсутствие системы тепловой подготовки производить предпусковой подогрев агрегатов все равно приходится, поскольку без него запуск зачастую невозможен. И такой подогрев у нас
в стране, как правило, производится старым дедовским способом – при
помощи паяльной лампы. Такой способ очень опасен, поскольку известны случаи возгорания техники при таком подогреве. Техника
обычно работает в полевых условиях, куда пожарные добраться не могут, и она выгорает полностью. Это существенный экономический
урон, нанесенный предприятию.
В-четвертых, мы уже говорили о создании комфортных условий
труда для оператора, что, несомненно, сказывается на физическом здоровье оператора, сокращает количество простудных заболеваний. Орга38
низации невыгодно, чтобы работник болел, поскольку в этом случае
приходится платить за больничный, а работу никто не выполняет. Если
работник здоров, он приносит прибыль предприятию, а не является источником дополнительных расходов, если болен.
Ниже представлены ресурсосберегающие факторы:
Факторы повышения результатов
производства
Уменьшение количества дней
простоя по причине незапуска
Увеличение дневного фонда рабочего
времени спецтехники
Уменьшение количества дней
простоя в ремонте
Повышение производительности
труда оператора
Факторы снижения затрат
на производство
Снижение затрат на ремонт
техники
Снижение расхода топлива
Снижение риска полной утраты
техники
Снижение затрат на оплату
больничных
Из перечисленных факторов наиболее объективную количественную оценку можно дать лишь двум факторам: увеличение дневного
фонда рабочего времени (из группы факторов повышения результатов
производства) и снижение расхода топлива (из группы факторов снижения затрат на производство). Важно дать количественную оценку
выделенным факторам исходя из условия работы техники в Пермском
крае. Отрицательные температуры преобладают в Пермском крае в течение пяти месяцев (с ноября по март), при этом средняя температура
за эти месяцы составляет минус 12 °С. Количественную оценку будем
производить для конкретной единицы техники – бульдозера на базе
трактора ДТ-75МЛ.
Как отмечалось выше, для предпусковой тепловой подготовки
требуется затратить от 1 до 3 часов из дневного фонда рабочего времени. Учитывая этот факт и количество дней за месяц (или год), в которые необходимо производить тепловую подготовку, можно вычислить суммарные затраты времени на предпусковую подготовку.
Во время предпусковой подготовки техника не выполняет полезной
работы, таким образом, можно подсчитать упущенную выгоду от простоя техники на предпусковой подготовке. При сравнении двух вариантов разогрева оказывается, что разогрев при помощи СКТПА более
экономичен. Данный вариант разогрева позволяет сэкономить 1,3 литра
топлива ежедневно на предпусковом подогреве гидравлической системы [7].
39
На практике данная система позволит экономить не только за счет
двух рассмотренных факторов. Остальные факторы, также оказывают
существенное влияние на эффективность эксплуатации спецтехники и,
следовательно, имеют высокий ресурсосберегающий потенциал, однако их количественная оценка в настоящее время затруднена. Для приемлемой оценки этих факторов необходимо произвести исследования
эффектов от внедрения данной системы в условиях реальных предприятий. Однако уже сейчас, опираясь на полученные результаты, можно
рекомендовать данную систему предприятиям, проводящим грамотную
ресурсосберегающую политику и желающим повысить эффективность
производства в условиях кризиса.
Список литературы
1. Баженов С.П. Основы эксплуатации и ремонта автомобилей
и тракторов. – М.: Академия, 2010. – 336 с.
2. Рыбачков А.В., Лянденбурский В.В. Ресурсосбережение
при техническом обслуживании и ремонте автомобилей. – Пенза,
2002. – 92 с.
3. Щербаков А.Б. Ресурсосбережение на автомобильном транспорте. – Братск, 2006. – 20 с.
4. Экология и ресурсосбережение на транспорте / М.М. Болбас,
Е.Л. Савич, Г.М. Кухаренок, Л.Н. Поклад; под ред. М.М. Болбаса. –
Минск: Адукацыя i выхаванне, 2011. – 295 с.
5. Сарбаев В.И. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: механизация и экологическая безопасность производственных
процессов. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. – 380 с.
6. Обеспечение работы гидропривода строительной машины в условиях низких температур окружающей среды / Ш.М. Мерданов, А.В. Яркин, Ф.Д. Шараев, А.Н. Шуваев // Научно-технический вестник Поволжья. – 2012. – № 4. – С. 143–145.
7. Денисов Р.В., Пестриков С.А., Петухов М.Ю. Оценка экономической эффективности применения системы комплексной тепловой
подготовки агрегатов спецтехники на примере трактора ДТ-75МЛ //
Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. – 2014. – № 3. –
С. 46–56.
40
Об авторах
Денисов Роман Валерьевич (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Автомобили и технологические машины», Пермский национальный исследовательский политехнический (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: roman.stm08@gmail.com).
Пестриков Сергей Анатольевич (Пермь, Россия) – кандидат экономических наук, доцент кафедры «Автомобили и технологические
машины», Пермский национальный исследовательский политехнический (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: pestrikovsa@mail.ru).
Петухов Михаил Юрьевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, декан автодорожного факультета, Пермский национальный
исследовательский политехнический (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: mi.petuhov@gmail.com).
41
УДК 656.131.2
МОБИЛЬНЫЕ СЛУЖБЫ ВЫЗОВА ТАКСИ:
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
М.А. Жидкова
Московский автомобильно-дорожный государственный
технический университет (МАДИ), Россия
Рассмотрены основные направления и перспективы развития интерактивных сервисов заказа такси через мобильные приложения и интернет-сайты, а также проанализированы их преимущества и недостатки.
Ключевые слова: такси, легковой таксомоторный транспорт, таксомоторные перевозки, заказ такси, диспетчерская служба.
Развитие современных информационных и телекоммуникационных технологий расширяет возможности каждого человека во всех
сферах жизнедеятельности. Инновационный прогресс не обошел стороной услуги такси.
Интерактивные или мобильные сервисы вызова такси являются
сравнительно новой услугой, предоставляемой независимыми компаниями. Следовательно, привычный способ заявки – «звонок диспетчеру
таксомоторной компании» – теряет свою актуальность [2].
В настоящее время во многих крупных городах России работают
мобильные приложения по вызову такси. Установленное в смартфоне
приложение позволяет в несколько кликов найти свободный автомобиль, а также сделать заказ. Среднее время ожидания машины сократилось с 20 минут после телефонного вызова до 5–10 минут.
Первый мобильный сервис такси появился на российском рынке
в 2010 г. «Яндекс.Такси» представил мобильное приложение, интегрированное с собственными картами. Принцип работы с самого основания остается неизменным – собственного таксопарка у сервиса нет,
компания выступает посредником, делегируя заказы уже работающим
на рынке компаниям [4].
В 2012 г. у «Яндекс.Такси» появился конкурент – GetТaxi, израильский сервис, который был успешно опробован в Тель-Авиве. Его
внедрение сопровождалось агрессивной рекламной кампанией и инвестициями в размере 15–20 млн долларов.
42
Успех двух первооткрывателей мобильного сервиса такси в России
не оставил равнодушными многих предпринимателей. Постепенно
появилось множество конкурентов, каждый из которых попытался занять определенную нишу. Так, иностранные компании Uber и Wheely
сделали ставку на сегмент класса Люкс, предложив транспортировку
клиента на дорогих марках авто.
Как показывает анализ рынка такси, в настоящее время самыми
часто используемыми являются пять приложений: «Яндекс.Такси»;
«ЕСТ: Вызов такси»; Gett (GetTaxi); Uber и Wheely.
Данные сервисы заказа такси имеют разные бизнес-модели, целевые аудитории, уровень сервиса и стоимость [1].
«Яндекс.Такси» отличается от других, потому что он является площадкой-агрегатором для лицензированных таксопарков. Ему принадлежит сервис картографии, внушительная база адресов. Он способен выполнить анализ пробок в течение минуты. Движение автомобиля можно
отслеживать по карте. Такси приезжают быстро, особенно в столице.
Следующим в списке числится «ЕСТ: Вызов такси». Данный сервис работает на территории России, соседних государств и дальнего
зарубежья. Автомобиль клиент выбирает самостоятельно. В этом поможет рейтинг транспорта, который, кстати, можно дополнить отзывом
после поездки. Машина приезжает в течение 20 минут, о подаче приложение информирует. Стоимость поездки рассчитывается заранее,
расценки вполне демократичные. В «ЕСТ: Вызов такси» предусмотрен
бонусный счет каждому клиенту. За каждую поездку бонус. За каждого
приглашенного друга – бонус. В итоге после накопления бонусов ими
можно расплачиваться.
Сервис GetTaxi – главный конкурент «Яндекс.Такси». Подача машины оперативная, на территории Москвы и Петербурга 6–9 минут,
отслеживать ее передвижение также можно по электронной карте.
Особенность сервиса – расчет времени на обратную поездку, т.е.
можно рассчитать полное время в дороге. Каждая машина в идеальном
состоянии, в пассажирам салоне доступны бесплатный Wi-Fi и розетки
для зарядки телефонов.
Целевые группы заказчиков услуг каждой из служб также значительно отличаются.
«Яндекс.Такси» позволяет экономить, добраться с помощью
этого сервиса гораздо дешевле. Кроме того, есть возможность оплатить поездку не только наличными, но и «Яндекс.Деньгами» или
43
банковской картой, поэтому «Яндекс.Такси» получили сегмент эконом-класса [6].
Клиенты с более высокими требованиями тоже часто пользуются
этим мобильным сервисом – их привлекает предсказуемость: марка
машины и наличие дополнительных опций известно заранее. Но все же
большую часть бизнес-класса привлек к себе GetTaxi. Более строгие
требования к автопарку компании-партнера, собеседование с водителями при заключении контракта, рейтинговая система делают обслуживание практически безупречным. Платить за поездку можно как наличными, так и картой.
Очевидно, что основными преимуществами «Яндекс.Такси» являются десятки компаний-сотрудников, элементарный ввод начальной и
конечной точки и возможность оплаты любым удобным способом.
Быстрый вызов машины, информирование клиента о подаче
транспорта, доступные цены, рейтинг автомобилей, обширная география работы и бонусы за поездки – преимущества приложения «ЕСТ:
Вызов такси».
Обратимся к преимуществам GetTaxi. К ним можно отнести идеальное состояние автомобилей-такси, отличное знание города водителями, бюджетные тарифы и быстрая подача транспорта [7].
Рассмотрим другие мобильные сервисы.
Uber – это не такси, а служба подачи машин с водителем. Основные отличия заключаются в отсутствии лицензии и наличии у машин
сервиса – обычных, а не жёлтых номеров, что не дает им возможности
заезжать на полосы для общественного транспорта.
Цена складывается из стоимости посадки, а также платы за каждую минуту и за каждый километр. Платить в Uber можно только картой, деньги снимаются автоматически в конце поездки. Туда же можно
включить и чаевые. Цены меняются динамически в зависимости от загрузки службы. Машин пока не очень много, и своих клиентов они
предпочитают дожидаться в центре города – там время подачи держится на уровне 5–10 минут. В спальных же районах свободных автомобилей может не оказаться вовсе.
В действительности Wheely – тоже не такси, а служба вызова машины с водителем. Сервис достаточно дорогой, короткая поездка
обойдётся в 400 рублей, причём этого хватит всего на десять минут поездки. В 2014 г. Wheely усложнили свою схему, добавив к поминутной
тарификации еще и плату за километраж.
44
Машин у Wheely не очень много, и чем выше класс, тем дольше
придется ждать. В центре города автомобиль в загруженные часы
приедет лишь через 10–15 минут. Платить можно только картой, сервис
взял за правило не работать с наличностью [5].
При анализе рынка таксомоторных перевозок нельзя обойти вниманием inTaxi и CityMobil.
Агрегатор inTaxi тоже работает со множеством таксопарков, но
использует их исключительно как подрядчиков для исполнения заказов, а общается с клиентами и решает все проблемы исключительно от
своего имени.
Цена всегда едина и меняется только в зависимости от времени суток. К сожалению, платить пока можно только наличными или бонусами, которые накапливаются с каждой поездкой. Из дополнительных опций есть только «некурящий водитель», кондиционер и детское кресло.
Для машин бизнес-класса не предусмотрен отдельный тариф, вместо этого к сумме прибавляются 200 рублей.
Диспетчерская CityMobil вовремя ощутила веяние новых технологий, и теперь её можно сравнивать с самыми крупными игроками на
рынке такси. Заслуга в этом не только водителей, но и удобного мобильного приложения.
В последнее время сервисы все активнее конкурируют между собой. В начале июня 2015 г. Gett анонсировал новый тариф Sale, который предлагает скидку в 30 % на дневные поездки. Спустя месяц Uber
сообщил о снижении цен на трансфер в аэропорты для жителей столицы до 1000 руб., а «Яндекс.Такси» подключил к системе два электромобиля Tesla, которые теперь доступны жителям столицы наряду с остальными машинами.
Пока что интерактивный сервис заказа такси доступен только
в крупных городах, поэтому перспективы роста очевидны. Мобильные приложения по вызову такси уже доказали свою эффективность,
теперь дело за совершенствованием сервиса и охватом новых крупных и небольших городов. Специалисты предсказывают, что через
10 лет онлайн-вызовы практически вытеснят диспетчерские службы
такси [3].
В перспективе – появление новых, еще более привлекательных видов услуг. Это возможность удешевления поездки за счет подсадки
второго пассажира в том же направлении, развитие системы скидок
и бонусов, расширение возможностей электронной оплаты.
45
Список литературы
1. Безновская В.В., Прусова В.И. Конкурентоспособность российских
предприятий в условиях глобальной экономики // Актуальные проблемы
гуманитарных и естественных наук. – 2014. – № 5–1. – С. 123–128.
2. Жежеря Е.А., Кирова И.В., Попова Т.Л. Российский рынок пассажирских перевозок: аналитический обзовр (2003–2014 гг.) // Экономика и социум. – 2015. – № 1–3 (14). – С. 99–103.
3. Политковская И.В. Проблемы и последовательность внедрения
на предприятиях автомобильного транспорта современных концепций
менеджмента // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. – 2015. –
№ 1 (3). – С. 17.
4. Хвичия Д.Т. Организационные предпосылки эффективного
функционирования ИТС на предприятиях пассажирского транспорта. //
Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. – 2015. – № 2 (4). – С. 19.
5. Большой обзор сервисов для заказа такси в Москве [Электронный ресурс]. – URL: http: //playittodeath.ru/obzor-servisov-dlya-zakazataksi-v-moskve/ (дата обращения: 07.02.2016)
6. Мобильные приложения такси [Электронный ресурс]. – URL:
https: //taxif1.ru/taxi-app (дата обращения: 07.02.2016).
7. Обзор интерактивных сервисов вызова такси [Электронный ресурс]. – URL: http: //reiting-taksi.ru/novosti/obzor-servisov-vyzova-taksi/
(дата обращения: 07.02.2016).
Об авторе
Жидкова Маргарита Анатольевна (Москва, Россия) – кандидат
экономических наук, доцент кафедры финансов, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)
(125319, г. Москва, Ленинградский пр., 64; е-mail: zhidkova_m_a@mail.ru).
46
УДК 658.512
ВОПРОСЫ ДИЗАЙНА НАЗЕМНЫХ
ТРАНСПОРТНЫХ РОБОТОВ
К.С. Ившин, Е.В. Антипина
Удмуртский государственный университет, Ижевск, Россия
Актуальность работы связана с необходимостью рассмотрения особенностей формообразования наземных транспортных роботов. Форма
в настоящее время становится той качественной составляющей, необходимой для того, чтобы определить уровень и развитость продукта. В связи
с целью работы, которая предполагает исследование специфики формообразования наземной транспортной робототехники, задачи данной статьи
определяются следующим образом. Необходимо выявить основные виды
форм существующей робототехники, определить факторы, влияющие на ее
формообразование и показать зависимость форм робототехники от факторов, предложить методы дизайн-проектирования робототехники и выделить взаимосвязь выбора метода дизайн-проектирования и факторов формообразования, а также на основании выбранного метода дизайн-проектирования предложить алгоритм формообразования робототехники.
Методы, использованные в предлагаемой методике, – это методы инжиниринга в проектировании робототехники и методы дизайн-проектирования
транспорта, наиболее близкого по назначению к наземной транспортной
робототехнике. Данные методы базируются на категориях и подходах
теории дизайна, научных основах технологии машиностроения, теоретических основах САПР. Данная методика проектирования робототехники способствует повышению эффективности и конкурентоспособности за счет
обеспечения высокого уровня технологической и эргономической проработки и соответствия эстетическим критериям при отработке конструкции,
начиная с ранних этапов проектирования.
Ключевые слова: дизайн-проектирование, робототехника, транспортные средства, классификация, методы, формообразование, алгоритм.
В настоящее время довольно распространено использование роботов во всех сферах деятельности человека. Внешний вид и конструкция современных роботов могут быть разнообразными, начиная
от огромных промышленных манипуляторов и заканчивая миниатюрными биоморфными роботами [1–3]. Особый интерес в формообразовании представляют наземные транспортные роботы, соче47
тающие в себе методы и подходы формообразования изделий
и транспортных средств одновременно. Основная проблема формообразования данных роботов заключается в их многообразии. Именно данный фактор сделал необходимыми анализ, систематизацию
и сведение методов формообразования в единую доступную систему
для применения в дизайн-проектировании.
Специфика проектирования робототехники заключается в том,
что формообразование машины, состоящей из множества элементов
и подсистем, находящихся в тесном взаимодействии друг с другом,
подчиняется определенным технологическим принципам и зависит
от множества взаимозависимых факторов. Дизайнер не может произвольно формировать внутреннюю и внешнюю форму машины, он
должен действовать в рамках определенных конструктивно-технологических ограничений [4]. Художественное (морфологическое) проектирование связано с поиском и предметным выражением художественного образа будущей машины. Основная задача, решаемая дизайнером, заключается в согласовании внешней, воспринимаемой
визуально формы с внутренней структурой машины, ее функцией
и назначением, обликом потребителя и окружающей среды [5]. Вопросы формообразования робототехники решаются в основном на
стадии морфологического анализа, где выполняется композиционнопластическая и знаково-символическая, стилистическая и эстетическая проработка формы проектируемого объекта. Композиционнопластический анализ основывается на анализе тектоники, объемнопространственной структуры и цветопластики проектируемой робототехники. Анализ тектоники состоит в проработке типов материала
и типов конструкции, видов форм.
На рис. 1 представлены виды форм робототехники, классифицированные по характеру стереометрических очертаний [6] с добавлением
биоморфных и антропоморфных форм. Биоморфные и антропоморфные роботы – это роботы, в конструкции которых используются идеи,
взятые у живой природы и непосредственно у человеческого организма. Это одни из самых перспективных и активно развивающихся направлений робототехники.
Важную роль в системе формообразующих факторов играет определенный функциональный процесс. Поэтому одним из факторов
является область применения робототехники и, соответственно, ее
48
тип, тип конструктивной схемы. Форма робота напрямую зависит от
области и места его использования, следовательно, можно говорить
об определенной зависимости формы робота от его типа.
Рис. 1. Классификация робототехники по формам
В классификации по отраслевым сегментам рынка или по областям
применения к наземным транспортным роботам относятся складские,
сервисные, профессиональные, военные и специализированные роботы [1]. На рис. 2 приведена зависимость форм робототехники от таких
факторов, как область применения, тип робототехники и тип конструктивной схемы. Данная схема составлена на основе анализа существующей робототехники и характерных для нее видов форм.
Эти факторы влияют и на выбор функционального или художественно-образного метода проектирования робототехники. Для наземных транспортных роботов характерен функциональный метод проектирования.
Алгоритмы формообразования робототехники также имеют определенные отличия. В алгоритме формообразования наземных транспортных роботов по функциональному методу проектирования первоначально определяется пакет инженерных и эргономических требований к корпусу робота. Отработка художественной концепции
внешней формы ведется значительно позже и ставится в зависимость
от инженерных требований. При любом несоответствии техническим
параметрам внешняя форма должна быть приведена в соответствие
с инженерными требованиями.
49
Рис. 2. Зависимость форм робототехники от различных факторов
50
Рис. 3. Проект охранно-патрульного робота
Разработанные методологические основы дизайна наземных транспортных роботов апробировались в проекте охранно-патрульного робота
совместно с ОАО «Ижевский радиозавод». Проект данного робота представлен на рис. 3.
Список литературы
1. Антипина Е.В., Ившин К.С. Особенности классификации в дизайн-проектировании робототехники // Молодые ученые – ускорению
научно-технического прогресса в XXI веке: материалы II Всерос.
науч.-техн. конф. / ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. – Ижевск, 2013. –
С. 1006–1010.
2. Антипина Е.В., Ившин К.С. Робот как дизайн-продукт // Современные техника и технологии: материалы XIX Междунар. науч.-практ.
конф. – Т. 3; НИТПУ. – Томск, 2013. – С. 276–277.
3. Антипина Е.В., Ившин К.С. Разработка системы методов инжиниринга в дизайне роботов специального назначения // Технические
университеты: интеграция с европейскими и мировыми системами образования: материалы VI Междунар. конф. / ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. – Ижевск, 2014. – С. 208–211.
4. Мосоров А.М., Мосорова Н.Н. Теория дизайна. Проблемы онтологического и методологического знания. – Екатеринбург: Солярис,
2004. – 412 с.
5. Барташевич А.А. Основы художественного конструирования:
учебник для втузов. – Минск: Выш. шк., 1984. – 224 с.
6. Художественное проектирование / Б.В. Нешумов [и др.]. – М.:
Просвещение, 1979. – 175 с.
51
Об авторах
Ившин Константин Сергеевич (Ижевск, Россия) – кандидат технических наук, профессор кафедры «Дизайн», Удмуртский государственный университет (УдГУ), (426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1;
e-mail: ivshic@mail.com).
Антипина Елена Валерьевна (Ижевск, Россия) – аспирантка, ассистент кафедры «Дизайн», Удмуртский государственный университет
(УдГУ), (426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1; e-mail: antipinaelena@gmail.com).
52
УДК [621.431.73: 629.33]: 004.94
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ
ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
А.А. Козин, Р.Н. Хмелев
Тульский государственный университет, Россия
Повышающиеся требования к характеристикам автомобильных двигателей ведут к усложнению конструкции ДВС и его систем управления.
При этом роль технического диагностирования, являющегося основным
компонентом технического обслуживания и ремонта автомобилей, постоянно возрастает. Предложенная математическая имитационная модель позволяет получить обширный статистический материал по изменению показателей рабочих процессов автомобильных двигателей при возникновении неисправностей.
Ключевые слова: имитационное моделирование, методы диагностирования, автомобильный двигатель, неисправность.
На сегодня процедура технического диагностирования включает
в себя: поиск характера и причин неисправностей с использованием
диагностических параметров, прямые и косвенные измерения, наблюдения, вычисления, логическую обработку результатов, приведение
в действие органов управления и силовые воздействия на компоненты
автотранспортного средства (АТС), использование нормативов и сведений о конструкции и функционировании АТС. Процедура технического диагностирования может чередоваться с частичной разборкой
АТС, ремонтом или заменой компонентов [1].
Повышающиеся требования к двигателю внутреннего сгорания
(ДВС) неизбежно ведут к усложнению конструкций двигателей и систем управления [2]. Как результат возрастает роль технического диагностирования, которое является важным компонентом обслуживания
и ремонта АТС.
Стремительное развитие вычислительной техники привело к появлению доступных для эксплуатации комплексов технического диагно53
стирования, которые регистрируют показатели изменения рабочих
процессов двигателя за один рабочий цикл: давление в цилиндрах, давление топлива и т.п. Создателей привлекает возможность получения
большого количества информации об узлах и механизмах ДВС при использовании минимального числа измерительных датчиков [3]. В то же
время существует проблема – сложность выявления конкретных причин, приводящих к изменениям сигналов. Различные дефекты идентично влияют на диагностические параметры, что является основной
причиной, снижающей эффективность практического использования
такого рода систем. Измерение сигналов в условиях эксплуатации всегда вносит погрешности и искажения.
Совершенствование технического диагностирования ДВС является
актуальной задачей вследствие увеличения объема производств, расширения модельных рядов ДВС, усложнения элементов конструкции,
различий условий эксплуатации. Кроме того, существующие методы
диагностирования автомобильных двигателей не дают возможности
распознать неисправности на ранней стадии развития дефекта [4].
Современный этап теоретических исследований в автомобилестроении характеризуется широким использованием математических
моделей, сложность которых постоянно возрастает. Введение в процесс диагностирования методов имитационного моделирования способно значительно снизить материальные затраты и трудоемкость по
сравнению с традиционными методами диагностики. Известны работы [3–5], посвященные совершенствованию процесса диагностирования ДВС на основе методов имитационного моделирования.
В данных работах не учитываются особенности функционирования
ДВС в установившихся и переходных режимах в составе АТС.
Разработанная авторами математическая модель [6] является усовершенствованным вариантом программного комплекса «Имитационная
динамическая модель автомобиля»1 и позволяет получить обширный
статистический материал по изменению показателей рабочих процессов
как агрегатов автомобиля, так и автомобиля «в целом» при возникновении неисправностей или отказов в установившихся и переходных режимах. Полученная информация может быть использована для установления закономерностей влияния показателей рабочих процессов на диагностические параметры при возникновении неисправностей или отказов.
1
Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014617074.
Программный комплекс «Имитационная динамическая модель автомобиля» / М.В. Малиованов, А.Е. Радько, Р.Н. Хмелев. 10.06.2014.
54
В модели задается перечень основных конструктивных и эксплуатационных параметров, соответствующих исправному состоянию автомобильного двигателя. Посредством изменения данных параметров
можно имитировать следующие неисправности автомобильного ДВС
для каждого цилиндра:
– негерметичность цилиндропоршневой группы;
– негерметичность впускных клапанов;
– негерметичность выпускных клапанов;
– пропуски воспламенения;
– отсутствие топливоподачи;
– нарушение угла опережения зажигания;
– нарушение фаз газораспределения.
В качестве характеристик работы автомобильного ДВС анализируется изменение показателей рабочего процесса (давления и температуры в цилиндре), эффективных показателей ДВС (эффективной мощности, крутящего момента, удельного эффективного расхода топлива),
стабильности работы по цилиндрам и неравномерности частоты вращения коленчатого вала, времени разгона автомобиля до заданной скорости и других характеристик.
На рис. 1 и 2 приведены результаты имитационного моделирования
процесса возникновения неисправностей в работе автомобильного двигателя. Изображены (см. рис. 1) графики давлений рабочего цикла при
наличии негерметичности впускного клапана (зазор 3 % от площади
проходного сечения). Рис. 2 отображает графики температур рабочего
цикла цилиндра исправного двигателя и результаты имитационного моделирования пропусков воспламенения на холостом ходу.
Рис. 1. Графики давлений рабочего цикла исправного двигателя
и при негерметичности впускного клапана (зазор 3 %)
55
Рис. 2. Графики температур рабочего цикла
1-го цилиндра исправного двигателя и при наличии
пропусков воспламенения
Таким образом, предложенная имитационная модель позволяет
получить обширный статистический материал по изменению показателей работы автомобильных двигателей при возникновении неисправностей, а также установить закономерности влияния показателей рабочих процессов на диагностические параметры при возникновении неисправностей или отказов.
Список литературы
1. Мороз С.М. Методы обеспечения работоспособного технического состояния автотранспортных средств: учебник. – М.: Изд-во МАДИ,
2015. – 204 с.
2. Александров А.В. Методические основы разработки диагностического комплекса для оценки технического состояния автомобильных
двигателей: автореф. …. канд. техн. наук. – М., 2013. – 20 с.
3. Коньков А.Ю. Диагностирование технического состояния дизеля в эксплуатации на основе идентификации быстропротекающих рабочих процессов: автореф. … д-ра техн. наук. – Хабаровск, 2010. – 35 с.
4. Таричко В.И. Методические основы совершенствования технического диагностирования двигателей внутреннего сгорания: автореф.
… канд. техн. наук. – М., 2013. – 19 с.
5. Обозов А.А. Разработка теоретических основ и средств повышения эффективности систем технического диагностирования мало56
оборотных дизелей: автореф. … канд. техн. наук. – Брянск,
2010. – 38 с.
6. Козин А.А., Хмелев Р.Н. Имитационное моделирование неисправностей автомобильных двигателей. Альтернативные источники
энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования: сб. науч. тр. по материалам
ежегодных конференций. – Воронеж, 2015. – Т. 2, вып. 2 (3). –
С. 440–444.
Об авторах
Козин Андрей Андреевич (Тула, Россия) – аспирант кафедры
«Автомобили и автомобильное хозяйство», Тульский государственный
университет» (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92; e-mail: 79066231038@
yandex.ru).
Хмелев Роман Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Автомобили и автомобильное
хозяйство», Тульский государственный университет (300012, г. Тула,
пр. Ленина, 92; e-mail: aiah@yandex.ru).
57
УДК 622.73
К ВОПРОСУ ЗАВИСАНИЯ КАМНЯ
В ЗЕВАХ ЩЕКОВЫХ ДРОБИЛОК
В.И. Коноплев, В.М. Макаров
Тульский государственный университет, Россия
Представлен механизм, обеспечивающий предотвращение зависания
камня в щековых дробилках. Механизм облегчает выгрузку кускового материала путем его ворошения.
Ключевые слова: дробилка, истечение материала, зависание, ворошение.
Щековые дробилки являются основным технологическим оборудованием предприятий, производящих щебень [1, 2]. Однако процесс
дробления кускового материала в щековых дробилках иногда сопровождается его зависанием в камере дробления. Это оказывает негативное
влияние на их производительность. Для ее повышения за счет сокращения времени простоя предлагается оснащать щековые дробилки соответствующим устройством для устранения зависания камня в зевах
[3]. Данной проблеме посвящен ряд работ [4–6].
Дробилки с простым движением щеки характеризуются малой величиной хода сжатия в верхней части камеры дробления. Из-за этого
возможно возникновение расклинивания и удержания нескольких
камней между двумя стенками дробилки и неподвижной щекой.
Также возможно образование зазора между камнями и поверхностью
подвижной щеки. Причем величина зазора обычно равна или немного
большего хода сжатия. При этом нарушаются условия дробления,
и дробилка начинает работать вхолостую. В результате возникает явление «зависания» камней, когда они теряют возможность самостоятельно продвигаться вниз под действием силы тяжести.
Устройство щековой дробилки представлено на рисунке. Щековая
дробилка (рисунок, а) включает следующие основные элементы: станина 6, подвижная щека 3, подвешенная на оси 4, две продольные
стенки 5, шатун 1, шарнирно соединенный верхней головкой с приводным эксцентриковым валом 2. Нижняя часть шатуна 1 шарнирно связана с двумя распорными плитами 18, одна из которых противополож58
ным концом связана с нижней частью подвижной щеки 3, другая –
с регулировочным устройством. Камера дробления образуется рабочими поверхностями станины 6, подвижной щеки 3 и двух боковых стенок 5. В пазе 17, выполненном в днище 16 дробилки, расположен рабочий орган, предназначенный для ворошения застревающих кусков дробимого материала. Рабочий орган представляет собой плиту 8,
имеющую рифленую рабочую часть, связанную с помощью гайки 10
и винта 11 с приводом 14 (рисунок, б). Гайка 10, расположенная в направляющих 15 рамы 12, винт 11 (рисунок, в) и привод 14 смонтированы под днищем 16 дробилки. Конечные выключатели 9 и 13 ограничивают ход плиты 8. Торцевая поверхность плиты 8 со стороны, противоположной гайке 10, имеет скос 7, выполненный под углом, который
равен углу наклона днища 16 дробилки.
.
Рис. Механизм, устраняющий зависание камня в зевах щековых дробилок:
а – общий вид; б – привод; в – винтовое устройство
59
Механизм работает по следующему алгоритму. После включения
привода щековой дробилки эксцентриковый вал 2 начинает вращаться.
При этом шатун 1 начинает вертикальное возвратно-поступательное
движение. При его движении вверх начинают перемещаться распорные
плиты 18, оказывая давление на заднюю стенку подвижной плиты 3.
При этом плита 3 совершает рабочий ход в виде колебательных движений относительно оси 4.
Далее включается питатель загрузки дробилки. Порода начинает
дробиться в рабочей камере и под действием силы тяжести перемещаться через выходную щель на днище 16. В рабочем положении плита 8
должна находиться в крайнем нижнем положении. При этом ее скос 7
располагается в пазе 17 заподлицо с днищем 16. Если в дробилке зависают крупные куски, то необходимо отключить питатель загрузки дробилки и включить реверсивный привод 14. При этом плита 8 с помощью
винта 11 и гайки 10 перемещается вверх до крайнего верхнее положения,
настраиваемое выключателем 9. Плита 8 дробит и выгружает зависшие
в камере куски породы, приподнимая и поворачивая их. Когда зависание будет устранено, плита 8 перемещается вниз по направляющим 15
рамы 12 вдоль паза 17 до совмещения ее скоса 7 с плоскостью днища 16.
При этом ее крайнее нижнее положение настраивается выключателем 13. В результате взаимодействия рабочего органа 6 с кусковым материалом происходят его ворошение, дробление и выгрузка.
Из-за склонности кускового материала к зависанию в замкнутом
объеме его дробление и выгрузка обычно затруднены. Если для ликвидации зависания кусков в камере использовать ручные операции, то
это негативно сказывается на времени и, соответственно, эффективности дробления. Представленный механизм повышает эффективность процесса ворошения зависших кусков материала, их дробления
и выгрузки.
Список литературы
1. Бауман В.А., Клушанцев Б.В., Мартынов В.Д. Механическое
оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций: учеб. для вузов. – М.: Машиностроение, 1975. – 351 с.
2. Коноплев В.И., Анцев В.Ю., Реков П.К. Устройство для выгрузки кускового материала из бункера // Строительные и дорожные машины. – 2015. – № 1. – С. 34–36.
60
3. Пат. № 2317854 РФ, МПК В02С 1/00. Щековая дробилка /
В.И. Коноплев, В.И. Ануфриев, С.В. Ануфриев. № 2006123609/03;
Заявл. 03.07.2006; Опуб. 27.02.2008. Бюл. № 6. 4 с.
4. Пат. № 2412004 РФ, МПК В02С 1/02. Щековая дробилка /
В.И. Коноплев, В.И. Ануфриев, С.В. Ануфриев, П.Ю. Калабин.
№ 2009126904/21; Заявл. 13.07.2009; Опуб. 20.02.2011. Бюл. № 5. 9 с.
5. Пат. № 2440848 РФ, МПК В02С 1/02. Щековая дробилка /
В.И. Коноплев, В.И. Ануфриев, А.Б. Куренев. № 2010128863/13; Заявл.
12.07.2010; Опуб. 27.01.2012. Бюл. № 3. 8 с.
6. Пат. № 2497591 РФ, МПК В02С 1/02. Щековая дробилка /
В.И. Коноплев, В.И. Ануфриев, А.Б. Куренев, М.Ю. Ребков.
№ 2012124887/13; Заявл. 14.06.2012; Опуб. 10.11.2013. Бюл. № 31. 7 с.
Об авторах
Коноплев Василий Иванович (Тула, Россия) – кандидат технических наук, доцент, Тульский государственный университет (300012,
г. Тула, пр. Ленина, 92; e-mail: ptm@tsu.tula.ru).
Макаров Владислав Максимович (Тула, Россия) – студент, Тульский государственный университет (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92;
e-mail: ptm@tsu.tula.ru).
61
УДК 629.369
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ХОДОВОЙ ЧАСТИ ЛЕСОТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ
С ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
И.Н. Кручинин
Уральский государственный лесотехнический университет,
Екатеринбург, Россия
Представлен анализ взаимодействия пневмоколеса лесотранспортной машины с опорной поверхностью. Продемонстрирован объектно ориентированный подход при решении системы дифференциальных уравнений, описывающих движение лесотранспортной машины.
Ключевые слова: лесотранспортная машина, граф состояния, объектно
ориентированный подход.
В ходе исследований динамических процессов взаимодействия ходовых частей лесотранспортных машин с опорной поверхностью все
чаще начинают использовать математические модели, построенные на
модульном принципе [1]. Предложенный модульный принцип построения модели позволил существенно расширить класс решаемых
задач при моделировании.
Целью данной работы является оценка взаимодействия пневмоколесной ходовой части лесотранспортной машины (ЛТМ) с опорной поверхностью.
Построение подобных математических моделей широко известно
и обычно рассматривается через обобщенные координаты Лагранжа. Если обобщенные координаты обозначить через q, а координаты инерционных, внутренних и внешних взаимодействий системы через ϑ, η, χ, то
уравнение колебаний динамической модели возможно представить следующим образом [2]:
Аq + Bq + Cq + D = 0,
(1)
где
А
– матрица приведенных коэффициентов инерции,
T
T −1
A = τ q (τ ϑ ) Θ(τ ϑ ) −1 τ q ; B – матрица смежности приведенных коэффици62
ентов диссипации между элементами системы, B = πTq (πTη ) −1 R(π η ) −1 π q ;
C – матрица смежности приведенных коэффициентов жесткости между
элементами системы, C = πTq (πTη ) −1 C (π η ) −1 π q ; C – диагональная матрица
коэффициентов жесткости системы; D – вектор приведенных внешних
сил взаимодействия, D = αTq (αTχ ) −1 X ; X – вектор внешних сил, действующих на систему.
Решение полученного уравнения подробно рассмотрено в работах [2, 3] и их удобнее рассматривать в форме графов. Анализ уравнения (1) показал возможность его представления в виде трехдольного графа (рис. 1), где силы внутреннего взаимодействия представлены в виде кортежа {Fхij, Fzij, Fϕyij, Fcrij}, объекты движения через
{Xij, Zij, ϕyij}, а объекты внешнего взаимодействия через {qОПij, Мкр,
Рхij, Рzij} [4].
Рис. 1. Трехдольный граф уравнения колебаний
динамической модели ЛТМ
Оценка взаимодействия пневмоколесной ходовой части лесотранспортной машины (ЛТМ) с опорной поверхностью проводилась с использованием программного комплекса Python 2.0 [5]. На рис. 2 представлено решение математической модели по оценке воздействия ЛТМ
на деформируемую опорную поверхность в момент начала поступательного движения по координате х.
Имитационное моделирование показало значительные динамические процессы, возникающие при взаимодействии колеса ЛТМ в момент
63
Рис. 2. Механическая, динамическая характеристика
взаимодействия колеса с опорной поверхностью
за первые 3 секунды от начала движения ЛТМ:
nкол – частота вращения пневмоколеса;
Мс – момент сопротивления движению пневмоколеса
начала поступательного движения и позволило найти пути, уменьшающие деформацию опорной поверхности и сопротивление движению машины.
Список литературы
1. Кручинин И.Н. Математическая модель лесотранспортной машины для исследования взаимодействия ходовой части с деформируемой опорной поверхностью [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5. – URL: http: //www.scienceeducation.ru/119-15129 (дата обращения: 30.10.2014).
2. Вейц В.Л., Коловский М.З., Кочура А.Е. Динамика управляемых
машинных агрегатов. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1984. – 352 с.
3. Кручинин И.Н. Оценка влияния лесотранспортных машин на
основания и покрытия лесовозных автомобильных дорог // Транспорт.
Транспортные сооружения. Экология. – 2014. – № 4. – С. 40–48.
4. Робертс Ф.С. Дискретные математические модели с приложениями к социальным, биологическим и экологическим задачам. – М.:
Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. – 496 с.
5. Свидетельство о государственной регистрации программы для
ЭВМ № 2013617168. Российская Федерация. Программа автоматизированного синтеза математической модели и решения дифференциальных
уравнений движения лесотранспортной машины с учетом воздействия
64
ходовой части на опорную поверхность (SM_TSFM) / И.Н. Кручинин,
С.К. Буйначев; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО Уральский
государственный лесотехнический университет. № 2013614861; Заявл.
14.06.2013; зарегистрировано 02.08.2013.
Об авторе
Кручинин Игорь Николаевич (Екатеринбург, Россия) – кандидат
технических наук, доцент кафедры «Транспорт и дорожное строительство», Уральский государственный лесотехнический университет
(620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37; e-mail: kinaa.k@ya.ru).
65
УДК 656.022.42
УПРАВЛЕНИЕ ВНУТРЕННИМИ ТРАНСПОРТНЫМИ
ПОТОКАМИ НА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ
ПРЕДПРИЯТИЯХ: ПРАКТИЧЕСКИЙ АСПЕКТ
П.А. Кузнецов, А.М. Щелудяков
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Рассмотрен вопрос управления внутренними транспортными потоками машиностроительных предприятий, где решается такая экономическая проблема, как высокий уровень затрат на транспортное обеспечение
и содержание транспортного хозяйства, включая расходы на горюче-смазочные материалы. Уровень затрат на транспортное обеспечение в первую
очередь зависит от пробега транспортных средств при перемещении сырья
и материалов, полуфабрикатов, заготовок и готовой продукции в следующих системах: «склад–склад»; «склад–производство»; «производство–
производство»; «производство–склад». Оптимизируя пробег транспортных
средств при помощи маршрутизации и диспетчеризации на предприятии
машиностроения, можно влиять на экономическое состояние предприятия.
Ключевые слова: предприятия машиностроения, транспортное обеспечение, внутренние транспортные потоки.
Реализация стратегии развития предприятия машиностроения как
системы предполагает решение проблем инфраструктурных преобразований и технического перевооружения, поскольку рано или поздно они
могут негативно сказаться на производственной деятельности предприятия и экономических показателях эффективности деятельности. Одним
из этих показателей является материальный поток, который посредством
транспортных средств обеспечивает предприятие всеми необходимыми
ресурсами и преобразуется во внутренний транспортный поток.
Для оценки эффективности организации внутренних транспортных
потоков на предприятиях машиностроения необходимо первоначально
рассмотреть организацию производственного процесса в пространстве
и во времени с учетом разных точек зрения:
– соблюдение принципа прямоточности внутренних транспортных
потоков, т.е. организация движения внутренних транспортных потоков
66
без возвратного и встречного движения, а также излишних пересечений, с учетом основных принципов производственной деятельности
(пропорциональности, ритмичности, непрерывности, параллельности,
прямоточности, однородности и гибкости);
– размещение производственных объектов с учетом рациональности перевозок, т.е. обеспечения кратчайшего пути движения товарноматериальных ценностей, ресурсов и наименьшего пробега транспортных средств без организации малонагруженных магистралей, так как
большинство предприятий машиностроения были основаны в первой
половине XX в., их структура складывалась исторически на основе существующей в то время техники и технологии;
– соблюдение принципа блочного строения производственной
инфраструктуры, т.е. объединения в блоки (группы) отдельных подразделений (рабочих мест, участков, цехов, и т.д.), однородных по
технологическому процессу или тесно взаимосвязанных по ходу производственного процесса, так как на смену простейшему оборудованию приходят комплексы с ЧПУ, способные осуществлять до нескольких десятков операций над заготовкой, а то и вовсе выпускать
готовую продукцию;
– обеспечение возможности наращивания и модификации производственной инфраструктуры, так как расширение производственных
мощностей и увеличение интенсивности поставок сырья, материалов
и отгрузок готовой продукции могут повлиять на гибкость и эффективность предприятия, создавая при этом большое количество экономических проблем;
– соблюдение периода времени на простой транспортных средств
под погрузкой и разгрузкой грузов, а также графиков подачи и работы
транспортных средств;
– организация подъездных путей и площадок для маневрирования
транспортных средств;
– предварительная подготовка грузов, ресурсов, рациональность их
укладки при выборе транспортной тары;
– организация оптимальных режимов движения транспорта на соответствующих участках пути с учетом состояния дорожного покрытия, обзорности, интенсивности движения и других факторов.
При наличии на территории предприятий машиностроения нескольких видов производств целесообразно рассматривать движение
внутренних транспортных потоков сначала в целом по предприятию
67
машиностроения, затем по трем блокам: снабжение, производство, распределение. Звеном логистической цепи в рамках анализа надо считать
подразделение предприятия (цех, склад), расположенное в отдельном
здании или группе зданий.
Анализ эффективности организации внутренних транспортных потоков на предприятии машиностроения предусматривает анализ входящих внутренних транспортных потоков (потоков сырья и материалов), внутренних транспортных (межцеховых) потоков и исходящих
внутренних транспортных потоков (потоков готовой продукции).
Рассматривая внутренние транспортные потоки ряда предприятий
машиностроения, можно увидеть определенную закономерность:
– внутренние транспортные потоки организованы неэффективно;
– при организации внутреннего транспортного потока по территории предприятия имеет место большой пробег транспортных средств
с возвратным и встречным движением, с большим количеством излишних пересечений;
– автотранспортные средства сторонних организаций (поставщиков, транспортных компаний) движутся по всей территории предприятий машиностроения в свободном порядке. Водители транспортных
средств сторонних организаций бесконтрольны.
Причиной этого является размещение объектов производственной и обслуживающей инфраструктур на территории предприятия
машиностроения не на входе логистической системы по движению
материального потока, а чаще всего разрозненно и с большой удаленностью от рационального движения по территории предприятия
машиностроения.
Если говорить о внутренних транспортных (межцеховых) потоках,
то в большинстве случаев анализ не проводится и учет не ведется.
При анализе внутренних транспортных потоков составляются таблицы, где указываются маршрут, вид груза, количество ездок и среднее
время ездки.
Затем проводится анализ интенсивности материальных потоков
сырья и материалов, в результате выявляются наиболее затратные
участки маршрутов между отдельными функциональными подразделениями. При этом можно проанализировать интенсивность грузопотоков и времени, затрачиваемого на осуществление транспортного
цикла вспомогательного и обслуживающего производства. Однако
чаще всего этого не происходит из-за незначительного объема
грузопотока.
68
Время, затрачиваемое на процесс перевозки регламентируется
нормативными документами1 или внутренними стандартами на основе технических расчетов, фотохронометражных наблюдений и технических характеристик подвижного состава автомобильного транспорта, техники и технологии (погрузочно-разгрузочных машин и механизмов, автомобильных дорог и т.п., а также результаты анализа
организации труда и мероприятия по ее совершенствованию) предприятия машиностроения.
Это позволит выявить потери времени и усовершенствовать транспортную систему предприятия, а также:
– сократит сверхнормативные затраты времени на простой автомобилей под погрузкой и разгрузкой грузов за счет расширения фронта
погрузочно-разгрузочных работ и применения их комплексной механизации; составления и строгого соблюдения графиков подачи и работы
автомобилей; создания подъездных путей и площадок для маневрирования транспорта; предварительной подготовки грузов и т.д.;
– обеспечит рациональную укладку грузов и др., позволяющую
максимально использовать грузоподъемность и вместимость подвижного состава;
– выработает оптимальные режимы движения транспорта на соответствующих участках пути с учетом состояния дорожного покрытия,
обзорности, интенсивности движения и других факторов.
В результате проведенного анализа разрабатывается концепция
оптимизации, где учитываются:
– ограничения и особенности территории машиностроительного
предприятия и подъездные пути с учетом принципов функционирования структурных подразделений;
– возможные компоновочные варианты схем движения внутренних
транспортных потоков предприятия;
– схемы движения внутренних транспортных потоков на предприятии «как должно быть».
Затем разрабатываются новые компоновочные решения и определяются характеристики разработанных компоновочных вариантов схем
движения внутренних транспортных потоков на предприятии машино1
Методические рекомендации по применению норм времени на перевозку ТМЦ
транспортными средствами устанавливаются Едиными нормами времени на перевозку
грузов автомобильным транспортом, утвержденными постановлением Госкомтруда
СССР от 13.03.87 N 153/6.
69
строения. Производится оценка вариантов, их эффективность на предмет организации схем движения внутренних транспортных потоков на
предприятии «как должно быть» и рассматривается сравнительный
анализ логистических характеристик разработанных компоновочных
вариантов схем движения внутренних транспортных потоков предприятия с принятием наиболее перспективного для внедрения.
В результате управления внутренними транспортными потоками
предприятия машиностроения могут сокращать затраты на перемещение посредством лучшей загрузки транспортных средств.
Список литературы
1. Джонс Д., Вумек Дж. П. Бережливое производство: Как избавиться от потерь и добиться процветания вашей компании. – М.: Альпина
Паблишер, 2013. – 472 с.
2. Кузнецов П.А. Управление внутренними транспортными потоками крупных промышленных предприятий // Проблемы экономики и современного менеджмента: материалы междунар. заочной науч.-практ.
конф., г. Новосибирск, 22 февр. 2012. – Новосибирск, 2012. – Ч. 1. –
С. 83–86.
3. Логистика. Управление потоками: в 2 т. / под общ. ред. К.А. Бебекина. – СПб.: Бонниер Бизнес Пресс, 2007.
4. Шеффи И. Жизнестойкое предприятие. – М.: Альпина Бизнес
Букс, 2006. – 304 с.
Об авторах
Кузнецов Павел Александрович (Пермь, Россия) – кандидат экономических наук, доцент кафедры «Автомобили и технологические
машины», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail:
pk.pnrpu@gmail.com).
Щелудяков Алексей Михайлович (Пермь, Россия) – старший
преподаватель кафедры «Автомобили и технологические машины»,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: sam@pstu.ru).
70
УДК 628.465.2
КОРРЕКТИРОВКА НОРМ РАСХОДА ТОПЛИВА
МУСОРОВОЗА В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ СТЕПЕНИ ЗАГРУЗКИ
Н.В. Лобов, С.А. Пестриков, С.А. Монченко
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Рассматривается методика корректировки нормативов расхода
топлива для спецтехники на примере мусоровоза МК-20. Производится
экономическая оценка эффективности методики. Рассчитывается срок
окупаемости инвестиций при установке системы ИМО-1 на мусоровоз
МК-20. Представлено дальнейшее направление развития данной работы.
Ключевые слова: нормирование расхода топлива, спецтехника, мусоровоз, система определения массы отходов, экономическая эффективность, срок окупаемости.
Основная задача нормирования – обеспечить применение при планировании и в производстве технически и экономически обоснованных прогрессивных норм расхода топлива в целях более эффективного
его использования, рационального распределения и обеспечения экономии1. Применение объективных скорректированных норм позволит
экономить топливо, прежде всего за счёт устранения возможных причин его перерасхода: хищение, неудовлетворительное техническое состояние автомобиля, неквалифицированное вождение.
Методические рекомендации, порядок применения, формулы и методы расчета нормативного расхода топлив для спецтехники представлены в Постановлении Госстроя России от 2004 г.2 Однако в данном
документе представлена общая формула расчета, которая не учитывает
специфику работы мусоровоза, в частности его постепенную загрузку.
1
О введении в действие методических рекомендаций «Нормы расхода топлив
и смазочных материалов на автомобильном транспорте»: Распоряжение Минтранса
России от 14.03.2008 N АМ-23-р (ред. от 14.07.2015).
2
Об утверждении Рекомендаций по расходу топлива машинами для содержания,
ремонта автомобильных дорог и объектов внешнего благоустройства поселений: Постановление Госстроя России от 09.03.2004 № 36.
71
В связи с этим нами была предложена методика корректировки
норм расхода топлива в зависимости от степени загрузки мусоровоза.
Оценить массу ТБО в бункере мусоровоза стало возможно с использованием системы ИМО-1.
Вес поднимаемого груза определяется по величине давления рабочей жидкости в наиболее нагруженном гидроцилиндре мусоровоза [1].
Во время подъема бака фиксируется давление и температура рабочей
жидкости, прибор ИМО-1 сохраняет и анализирует полученные данные. Собранная информация сохраняется в памяти прибора и передается на сервер при помощи пакетной передачи данных через радиоинтерфейс (GPRS).
Устройство ИМО-1 применяется для работы на подвижной технике, оснащенной погрузочно-разгрузочным оборудованием с гидроприводом и предназначено:
– для предотвращения подъема груза, вес которого превышает
предельно допустимый для погрузочно-разгрузочного оборудования;
– для сбора и передачи пользователю данных о маршруте движения техники, местах погрузочно-разгрузочных работ и весе груза при
каждом подъеме;
– для оповещения оператора световым и звуковым сигналом об аварийной ситуации;
– для дистанционного контроля работы гидравлического оборудования.
Машины работают в различных климатических, дорожно-транспортных и иных эксплуатационных условиях, поэтому предусмотрена
система надбавок, корректирующих представленные удельные показатели расхода топлива. Надбавки даны в процентах от общего расхода топлива для конкретной машины за время ее работы в течение заданного
времени (смена, сутки и т.п.). Суммарная относительная надбавка к расходу топлива исчисляется в долях единицы и определяется по формуле
Д = Д1 + Д 2 + Д 3 + Д 4 + Д 5 + Д 6 ,
(1)
где Д1 – надбавка при работе спецмашин в черте города с частыми остановками, до 10 %; Д2 – надбавка на работу спецмашин в зимний период
времени; Д3 – надбавка для автомобилей, находящихся в длительной
эксплуатации; Д4 – надбавка при работе в городах с большой плотностью населения; Д5 – надбавка к общему расходу топлива на выполнение
транспортной работы по перевозке технологического груза, до 10 %;
72
Д6 – надбавка к общему расходу топлива для машин циклического действия, удаляющих собранные отходы и загрязнения на свалки.
Удельный расход топлива для специальных машин, имеющих автомобильные или факторные шасси и оснащенных навесным оборудованием, привод которого осуществляется от двигателя шасси, определяется по формуле
Q = 0, 01[ H s ( S − S1 ) + Q1S1 ] (1 + Д ),
(2)
где Q – общий расход топлива; Hs – линейный расход топлива, л/100 км;
S – общий пробег машины, км; S1 – пробег машины при работе спецоборудования, км; Д – суммарная относительная надбавка к линейному расходу топлива; Q1 – расход топлива при работе спецоборудования, л/ч,
л/100 км, л/цикл.
Для корректировки и более точного расчета расхода топлива мусоровозов предложено учитывать постепенное увеличение значения надбавки Д5 в течение прохождения маршрута мусоровозом и его постепенной загрузки.
В качестве примера был выбран мусоровоз МК-20, совершающий
сбор и вывоз ТБО в Мотовилихинском районе г. Перми [2]. Данный
мусоровоз за один день совершает два рейса. Маршрут мусоровоза не
меняется, вывоз ТБО совершается каждый день.
По предложенной методике общая формула расчета расхода – это
сумма расходов топлива за каждый участок маршрута между местами
сбора ТБО. При этом в формуле для каждого последующего участка
надбавка Д5 будет увеличиваться.
Стоить отметить, что данное исследование и расчет являются теоретическими и направлены на получение первичных результатов. При
расчете был принят ряд допущений:
1) маршрут мусоровоза каждый день остается неизменным;
2) количество и порядок прохождения мест сбора ТБО остается
неизменным;
3) количество ТБО распределено между контейнерными площадками равномерно;
4) сбор и вывоз ТБО с мест их накопления осуществляется ежедневно.
В результате расчета и корректировки надбавки Д5 была получена
зависимость степени загрузки мусоровоза от его пробега между площадками (рис. 1).
73
Рис. 1. Зависимость степени загрузки от пробега
для второго рейса
В результате анализа полученных результатов было принято при расчете норм расходов топлива для мусоровозов снизить значение надбавки
Д5 до 5 %. Данное значение надбавки позволяет приблизить общий расход
к сумме расходов на каждом участке маршрута мусоровоза. Таким образом, при расчете, например, расхода для первого рейса с помощью существующей методики, но с надбавкой Д5 = 5 % расход топлива будет равным 11,93 литра, а при расчете предложенным дискретным методом
11,96 литра. Это дает возможность экономить топливо на стадии планирования, что позволит решить проблемы, перечисленные выше.
Вместе с тем важным моментом разработки и внедрения методики корректировки норм расхода топлива для спецтехники является
количественная оценка показателей экономической эффективности.
Для экономической эффективности данным показателем будет являться срок окупаемости капитальных вложений, затраченных на разработку методики и установку системы определения массы ТБО.
Оценка производится для системы ИМО-1, установленной на мусоровоз КО-415.
Для дальнейшей оценки определяются факторы, повышающие эффективность, а также отрицательные последствия, утяжеляющие эффект.
На данный момент из всех перечисленных факторов наиболее объективную количественную оценку можно дать лишь двум факторам:
уменьшение расхода топлива за счет определения нормативов и затраты на сбор и установку системы ИМО-1.
Исходя из расчетов данной работы общий расход топлива мусоровоза МК-20 за один день при существующей методике равен 22,674 литра. При разработанной методике с учетом корректировки общий расход
равен 21,859 литра.
74
При сравнении двух вариантов расчета норм расхода оказывается,
что расчет при помощи разработанной методики более экономичен.
Данный вариант расчета позволяет сэкономить 0,859 л топлива ежедневно. С учетом того что вывоз ТБО должен осуществляться ежедневно, месячная экономия топлива в среднем составит 24,45 л, что в денежном эквиваленте равняется 820 руб.
Стоимость установки системы ИМО-1 на мусоровоз КО-415 с учетом
стоимости оборудования и материалов составляет порядка 25 тыс. руб. Исходя из этого рассчитаем срок окупаемости инвестиций в данный проект.
Срок окупаемости – это минимальный временной интервал (от начала осуществления проекта), за пределами которого интегральный
эффект становится и остается в дальнейшем положительным [3]. Иными словами, это период времени, начиная с которого первоначальные
вложения и другие затраты, связанные с инвестиционным проектом,
покрываются суммарными результатами его осуществления. Срок окупаемости определяется без использования метода дисконтирования.
За шаг расчета принимается один квартал. Количество шагов принимается равным 15, т.е. горизонт расчета составит 5 лет.
Недисконтированный срок окупаемости является величиной, обеспечивающей равенство в формуле
T
 (P − З
t
t
− K t ) = 0,
(3)
t =1
На основе расчетов построен график окупаемости инвестиций
(рис. 2).
Рис. 2. График окупаемости инвестиций
75
Согласно графику срок окупаемости инвестиций составит 10 кварталов. Таким образом, система ИМО-1 окупится за 30 месяцев (2,5 года).
При этом учтен лишь один фактор снижения расхода топлива.
Дальнейшее практическое исследование и постановка эксперимента по определению массы ТБО с помощью системы ИМО-1 позволят
более точно определить расход топлива на каждом участке маршрута
мусоровоза. Для этого необходимо увеличить объем выборки и принять во внимание факторы формирования количества ТБО.
На практике данная система позволит осуществлять экономию не
только за счет уменьшения расхода топлива [4]. Остальные факторы
также оказывают существенное влияние на эффективность эксплуатации спецтехники и, следовательно, имеют высокий ресурсосберегающий потенциал, однако их количественная оценка в настоящее время
затруднена. Для приемлемой оценки этих факторов необходимы исследования эффектов от внедрения данной системы в условиях реальных
предприятий.
Выводы
1. Существующие методики расчета норм расхода топлива для
спецтехники не учитывают в полной мере специфику работы мусоровоза и не позволяют обоснованно определить точные нормативы.
2. Система определения массы ТБО позволит корректировать нормы расхода топлива в зависимости от загруженности мусоровоза.
3. В результате теоретического исследования рекомендовано снизить значение надбавки Д5 для мусоровозов с 10 до 5 %.
4. Установка системы ИМО-1 и внедрение корректировки норм расхода топлива позволят экономить до 820 руб. в месяц. Срок окупаемости
при этом составит 2,5 года. Однако с учетом остальных положительных
факторов системы ИМО-1 срок окупаемости может уменьшиться.
5. Данная методика корректировки может применяться на предприятиях, занимающихся сбором и вывозом ТБО, с небольшими изменениями в программном обеспечении.
Список литературы
1. Лобов Н.В., Мальцев Д.В., Генсон Е.М. Система контроля веса
отходов, загружаемых манипулятором мусоровоза в местах их сбора //
Журнал АТП. – 2012. – Февраль – С. 37–40.
2. Копотилов В.И. Автомобили: Теоретические основы / ТюмГНГУ. –
Тюмень, 1999. – 403 с.
76
3. Сичинава Г.А. Оценка экономической эффективности инвестиционных проектов в строительстве: метод. указания к экономической
части дипломных проектов / УГТУ. – Ухта, 2010. – 98 с.
4. RG-SOFT: Вывоз мусора [Электронный ресурс]. – URL: http://
www.rg-soft.ru/products/garbage-collection/ (дата обращения: 18.01.2016).
Об авторах
Лобов Николай Владимирович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобили и технологические машины», Пермский национальный исследовательский политехнический
университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail:
lobov@pstu.ru).
Пестриков Сергей Анатольевич (Пермь, Россия) – кандидат экономических наук, доцент кафедры «Автомобили и технологические
машины», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail:
pestrikovsa@mail.ru).
Монченко Сергей Александрович (Пермь, Россия) – магистрант
кафедры «Автомобили и технологические машины», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: s.a.monchenko@gmail.com).
77
УДК 629.027
МОДЕРНИЗАЦИЯ МЕХАНИЗМА
ВЫКЛЮЧЕНИЯ ВОДОМЕТНОГО ДВИЖИТЕЛЯ
БРОНЕТРАНСПОРТЕРА БТР-82
Н.А. Максимов, В.А. Дюнов, О.В. Кожухов
Пермский военный институт внутренних войск МВД России, Россия
Рассмотрен вариант усовершенствования раздаточной коробки бронетранспортера БТР-82 путем изменения механизма выключения водометного движителя путем введения в конструкцию синхронизатора,
обеспечивающего включение водометного движителя в процессе движения боевой машины.
Ключевые слова: механизм, муфта, синхронизатор, водометный
движитель, бронетранспортер.
В настоящее время характер проводимых преобразований в стране,
в том числе в области обеспечения внутренней безопасности Российской Федерации, требует качественного повышения эффективности
функционирования всей системы МВД России, в том числе и внутренних войск, определения перспектив их развития.
Одним из основных направлений развития соединений и воинских частей внутренних войск является оптимизация их организационно-штатных структур, определение порядка их оснащения вооружением, военной и специальной техникой в рамках государственной
программы вооружения.
Параллельно с данной работой в Главном командовании внутренних войск МВД России ведется разработка межведомственной комплексной целевой программы «Развитие системы вооружения внутренних войск МВД России на период до 2025 года». В данной программе
значительное внимание уделяется системам бронетанкового вооружения и техники и военной автомобильной техники. Планируется не
только создание новых образцов специальных машин, но и существенная модернизация уже находящихся на вооружении образцов [1].
Одним из направлений является инициативная опытно-конструкторская разработка «Создание БТР-82В с пулеметным вооружением:
78
совершенствуются узлы и системы шасси БТР-80 до уровня БТР-82А»,
шифр «БТР-82В» (исполнитель – ООО «Военно-промышленная компания»). Целью работы является улучшение технических характеристик БТР-80 путем проведения работ по модернизации узлов и систем
шасси бронетранспортера, установки более мощного двигателя. Планируется проведение испытаний с последующим принятием бронетранспортера на вооружение внутренних войск МВД России.
Исходя из опыта эксплуатации бронетранспортеров БТР-80 во
внутренних войсках МВД России и имеющейся технической документации на бронетранспортеры БТР-80М, БТР-82А и БТР-82АМ
одним из направлений совершенствования конструкции боевой машины является совершенствование механизма включения водометного движителя. Существующая конструкция раздаточной коробки
требует проводить ряд подготовительных мероприятий при подготовке к преодолению водных преград. Одним из таких мероприятий
является необходимость остановки машины при включении водометного движителя.
Как известно, раздаточной коробкой передач называется дополнительная коробка передач, распределяющая крутящий момент двигателя между ведущими мостами и служит для увеличения тяговой
силы на ведущих колесах и повышения проходимости машины [2, 3].
Раздаточная коробка бронетранспортера БТР-82 (рис. 1) состоит из
привода управления, картера, силового механизма и механизма переключения. Силовой механизм состоит из ведущего вала, переднего
и заднего, промежуточных валов и валов отбора мощности на мосты,
а также вала отбора мощности на водометный движитель1.
Водометный движитель на бронетранспортере обеспечивает движение машины на плаву. Он состоит из ведущего вала, карданных передач, редуктора, винта и кожуха винта.
Включение водомета осуществляется муфтой 26. Включение
муфты с ходу невозможно, что вызывает необходимость останавливать боевую машину. Это повышает уязвимость боевой машины, кроме этого, муфта включения имеет невысокий ресурс работы.
1
Бронетранспортёр БТР-82АМ. Руководство по эксплуатации. Ч. 2. Техническая
эксплуатация. 591041-000001ОРЭ1. 2014.
79
Рис. 1. Раздаточная коробка передач с муфтой включения
водометного движителя
Способ устранения данного недостатка конструкции боевой машины может быть установка синхронизатора муфты включения привода
водометного движителя (рис. 2).
Рис. 2. Синхронизатор
80
Установка синхронизатора позволит:
– осуществлять бесперебойное включение водометного движителя;
– уменьшить износ шлицов вала и муфты;
– производить включение водомета на ходу.
Введение в конструкцию муфты механизма выключения водомётного
движителя синхронизатора облегчит управление механизмом выключения водомётного движителя, снизить время на обслуживание и регулировку механизма, позволит включать привод водометного движителя без
дополнительных мероприятий непосредственно в движении [4].
Сравнение показателей муфты и синхронизатора приведено в таблице.
Показатели муфты и синхронизатора
Параметр
Стоимость, руб
Обслуживание, чел.-ч
Вес, кг
Габаритные размеры, см
Ресурс пробега, км
Муфта
9000
0,2
0,5
9×8
60000
Синхронизатор
13850
0,25
0,7
12×8
120000
Проведенные исследования показывают, что модернизация конструкции раздаточной коробки бронетранспортера БТР-82 позволит повысить боевые возможности машины, снизить уязвимость при преодолении водных преград, без существенного изменения стоимости боевой
машины.
Список литературы
1. Гонцов Б.И. Современное состояние и перспективы технического обеспечения внутренних войск МВД России // Актуальные вопросы
совершенствования системы технического обеспечения: сб. науч. ст. /
ПВИ ВВ МВД России. – Пермь, 2014. – С. 9.
2. Вахламов В.К. Автомобили: Конструкция и элементы расчета:
учебник. – М: Академия, 2008. – 479 с.
3. В.Ф. Васильченков. «Военные автомобили» и гусеничные машины. Основы конструкции шасси. – Рязань: Рыбинский дом печати,
1996 (2000).
4. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкции,
элементы расчета: учебник для студентов вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». – М.: Машиностроение, 1989.
81
Об авторах
Максимов Никита Алексеевич (Пермь, Россия) – курсант факультета технического обеспечения, Пермский военный институт внутренних войск МВД России (614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, 1;
e-mail: bearn@mail.ru).
Дюнов Василий Александрович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Конструкции автобронетанковой техники» факультета технического обеспечения, Пермский
военный институт внутренних войск МВД России (614112, г. Пермь,
ул. Гремячий Лог, 1; e-mail: bearn@mail.ru).
Кожухов Олег Вячеславович (Пермь, Россия) – преподаватель кафедры «Конструкции автобронетанковой техники» факультета технического обеспечения, Пермский военный институт внутренних войск МВД
России (614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, 1; e-mail: bearn@mail.ru).
82
УДК 629.113
МНОГОТОПЛИВНЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО
ДАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ УТД-20
В.В. Молородов, А.А. Бердников
Пермский военный институт внутренних войск МВД России, Россия
Предлагается техническое решение по конструктивному изменению
топливного насоса высокого давления двигателя УТД-20 с целью обеспечения его работы на различных сортах топлива нефтяного происхождения.
Ключевые слова: топливный насос высокого давления, цикловая подача, альтернативное топливо.
Сегодня нефть – наиболее востребованный и основной энергоресурс
страны. Обеспечение воинских частей техникой с двигателями, работающими на различных сортах топлива, – это актуальная проблема [1, 3].
Двигатель внутреннего сгорания, как известно, это тепловая машина, в которой химическая энергия топлива при сгорании в рабочей
полости преобразуется в механическую энергию. С целью перевода дизельного двигателя на работу на других сортах топлива, например бензин и керосин, необходимо выполнить ряд конструктивных мероприятий по сохранению энергетических и экономических показателей двигателя. Сюда входит модернизация топливной аппаратуры, в частности
топливного насоса высокого давления. Поэтому предлагается рассмотреть возможность конструктивного изменения топливного насоса высокого давления двигателя УТД-20 [2] для обеспечения его работы на
различных сортах топлива нефтяного происхождения.
Изменение конструкции предполагает корректировку цикловой
подачи топлива при замене сорта топлива с целью исключения потери
мощности из-за разности свойств топлива, что видно из формулы [4]
Vц =
g e N e τ ⋅103
,
120niρ т
(1)
где Vц – цикловая подача топлива насосной секцией, мм3/цикл; gе –
удельный эффективный расход топлива, г/(кВт·ч); Nе – эффективная
83
мощность, кВт; τ – тактность двигателя; n – частота вращения коленчатого вала, мин–1; i – число цилиндров двигателя; ρт – плотность топлива, г/см3.
С этой целью предлагается установить упор реек 4 (рисунок) [5].
Упор позволяет изменять ход реек 2 в зависимости от сорта топлива.
Количество позиций упора зависит от видов используемых топлив: дизельное топливо, бензин, керосин.
Рис. Многотопливный насос высокого давления:
1 – насосные секции; 2 – рейки; 3 – рычаг регулятора;
4 – упор реек; 5 – поворотные втулки
Цикловая подача топлива при работе двигателя изменяется путем
поворота плунжеров насосных секций 1 рейками 2 топливного насоса.
При этом максимальное перемещение реек 2 соответствует максимальной подаче топлива, которая ограничивается упором реек 4.
При работе двигателя на альтернативных топливах: бензине и керосине, отличающихся по плотности от дизельного, например, в меньшую сторону, необходимо увеличить количество цикловой подачи топлива в цилиндры с целью сохранения мощности двигателя, что подтверждает формула (1). В этом случае для изменения максимальной
подачи топлива необходимо упор реек 4 перевести в положение, увеличивающее количество подаваемого топлива. Соответственно, для
уменьшения максимальной подачи топлива упор реек переводится
в положение, уменьшающее подачу.
84
Таким образом, применение указанного технического решения позволит обеспечить работу двигателя УТД-20 на штатном дизельном топливе и на альтернативных бензине и керосине без потери мощности.
Список литературы
1. Белов П.М., Бурячко В.Р., Акатов Е.И. Двигатели армейских
машин. Ч. 1. Теория. – М.: Воениздат, 1971. – 512 с.
2. Боевая машина пехоты БМП-1: техническое описание и инструкция по эксплуатации. – М.: Военное изд-во, 1979. – 624 с.
3. Двигатели военной автомобильной техники: учебник: в 2 ч. Ч. 2.
Теория и анализ конструкций двигателей / Н.Е. Александров, А.А. Бердников, И.А. Мурог, Д.В. Нефедов, В.В. Руднев; под общ. ред. Д.В. Нефедова. – Омск: Омск. кн. изд-во, 2013. – 450 с.
4. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных
двигателей: учеб. пособие для вузов. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.:
Высш. шк. – 496 с.
5. Молородов В.В., Бердников А.А. Многотопливный насос высокого давления // Новое слово в науке: перспективы развития: материалы VII Междунар. науч.-практ. конф. (Чебоксары, 15 янв. 2016 г.) / ред.
О.Н. Широков [и др.]. – Чебоксары: Интерактив плюс, 2016.
Об авторах
Молородов Вячеслав Витальевич (Пермь, Россия) – сержант пятого курса факультета технического обеспечения, Пермский военный институт внутренних войск Министерства внутренних дел Российской Федерации (ПВИ ВВ МВД России) (614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, 1).
Бердников Алексей Анатольевич (Пермь, Россия) – кандидат
технических наук, доцент кафедры «Конструкции АБТ», Пермский военный институт внутренних войск Министерства внутренних дел Российской Федерации (ПВИ ВВ МВД России) (614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, 1; е-mail: aa-berdnikov@mail.ru).
85
УДК 656.11
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА
ПУТЁМ АНАЛИЗА ЕГО ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
(НА ПРИМЕРЕ РЕГУЛИРУЕМЫХ ПЕРЕСЕЧЕНИЙ В Г. ТЮМЕНИ)
В.В. Морозов, С.А. Ярков
Тюменский государственный нефтегазовый университет, Россия
Представлен анализ основных характеристик транспортного потока.
Приведены основные закономерности, зависимости и модели, описывающие
их взаимосвязь. Особое внимание уделено рассмотрению интенсивности
движения транспортных средств.
Ключевые слова: транспортный поток, интенсивность, плотность,
скорость, состав потока.
Транспортный поток характеризуется многими показателями, среди
которых основными являются скорость потока V, плотность потока Ρ
и интенсивность движения транспортных средств λ (в других источниках данный параметр обозначается N или Q) [1, 2, 4].
На данный момент отечественная и зарубежная наука имеет богатый опыт изучения транспортного потока, опираясь на эти три основные характеристики. В качестве основного примера целесообразно
привести первую математическую модель однополосного транспортного потока на макроскопическом уровне, разработанную в 50-е годы
прошлого века, которая более известна как модель Лайтхилла–Уизема–
Ричардса. Согласно данной модели существует взаимная и однозначная
зависимость между скоростью V, плотностью P и интенсивностью λ,
которая также известна как уравнение состояния транспортного потока
или фундаментальная (основная) диаграмма [1],
λ = ΡV.
(1)
В свою очередь, интенсивность движения транспортных средств
определяется как [1, 2, 5]:
λ = n /T,
(2)
где n – число транспортных средств, прошедших через сечение дороги;
T – время замера.
86
В случае рассмотрения регулируемых пересечений некоторые исследователи подразделяют интенсивность транспортных средств на два
основных вида [2, 4]:
1. Интенсивность прибытия транспортных средств на подходе
к пересечению.
2. Интенсивность разъезда очереди транспортных средств после
включения разрешающего сигнала светофорной сигнализации.
Стоит также отметить, что в случае рассмотрения регулируемого
пересечения, максимальное значение интенсивности разъезда транспортной очереди, которое достигается в течение длительности разрешающего сигнала светофора, в научной литературе также обозначено
как поток насыщения. На практике для регулируемых пересечений значение потока насыщения также является значением максимальной пропускной способности исследуемого направления [4].
Учёт и сбор статистических данных об интенсивности движения
транспортных средств является важнейшей задачей и серьёзной проблемой даже для современного научного общества. В частности, следует принять во внимание тот факт, что каждое транспортное средство
характеризуется длиной, массой и, следовательно, статическим и динамическим габаритами. Поэтому при сборе данных об интенсивности
необходимо также учитывать и данные по составу потока, чтобы
в дальнейшем привести каждое учтённое транспортное средство в потоке к единому показателю, которым в данном случае является легковой автомобиль (таблица). В настоящее время в научной и нормативной литературе существуют различные значения коэффициента приведения. На практике (например, с целью разработки режимов
светофорного объекта) зачастую поступают следующим образом: коэффициент приведения для мотоциклов принимают равным 1, а для остальных транспортных средств – 2 [2, 4, 5].
С целью оценки состояния транспортного потока и оптимизации
транспортной сети г. Тюмени путём использования детекторов Traficam
были собраны статистические данные интенсивности движения транспортных средств (рисунок).
В дальнейшем для реализации поставленной цели планируется решить следующие задачи:
1. Произвести сбор данных интенсивности движения транспортных потоков за 2015 г. в г. Тюмени.
2. Произвести сбор данных скорости и плотности транспортного
потока за 2014–2015 гг. в г. Тюмени.
87
Значения коэффициента приведения Kпр в различных научных
и нормативных источниках
Тип
Ю.А. ВруФ. Веб- D. BransJ. Sosin
транспортного
ton
бель
стер
средства
Мотоциклы
0,33
0,15
0,6
0,7
Грузовые автомо–
–
–
–
били до 2 т
Грузовые автомо1,75
1,35
1,6
1,4
били от 2 до 6 т
Грузовые автомо1,75
1,68
–
–
били более 6 т
Автопоезда
–
–
2,8
2,3
Автобусы
2,25
1,65
1,7
2
Троллейбусы
–
–
–
2
Сочлененные
–
–
2,8
2,6
автобусы
(троллейбусы)
CНиП
2.05.02 – 85
Г.И. Клинковштейн
от 0,5 до 0,75 от 0,5 до 0,75
1,5
1,5
2
от 1,7 до 2
от 2,5 до 3,5
от 2 до 3
от 3,5 до 6
3
–
от 3,5 до 6
от 1,5 до 2,5
3
–
4
3. Выявить факторы, оказывающие влияние на изменение характеристик транспортного потока, или установить отсутствие таковых.
4. Сформировать математическую модель, описывающую взаимосвязь характеристик транспортного потока и факторов, влияющих на
их изменение.
5. Сформировать предложения по оптимизации работы регулируемых пересечений в г. Тюмени
Рис. Интенсивность движения транспортных средств
на перекрёстке ул. Профсоюзная и ул. Дружбы за 2014 г.
по направлениям движения
88
Список литературы
1. Введение в математическое моделирование транспортных потоков: учеб. пособие / А.В. Гасников, С.Л. Кленов, Е.А. Нурминский,
Я.А. Холодов, Н.Б Шамрай; МФТИ. – М., 2010. – С. 70–73.
2. Клинковштейн Г.И., Афанасьев М.Б. Организация дорожного
движения: учебник для вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 2001. – С. 18.
3. Кременец Ю.А., Печерский М.П., Афанасьев М.Б. Технические
средства организации дорожного движения. – М.: Академкнига, 2005. –
С. 39–42.
4. Морозов В.В., Ярков С.А. Интенсивность как параметр транспортного потока // Организация и безопасность дорожного движения:
материалы VIII Всерос. науч.-практ. конф., 12 марта 2015 г. / отв. редактор В.И. Бауэр; ТюмГНГУ. – Тюмень, 2015. – С. 214–218.
5. Морозов В.В., Ярков С.А. Проблема транспортных заторов
и существующие методы их решения // Проблемы функционирования
систем транспорта: материалы всерос. науч.-практ. конф. студентов,
аспирантов и молодых учёных (с международным участием), 5–7 ноября
2014 г. Т. 2 / отв. ред. В.И. Бауэр; ТюмГНГУ. – Тюмень, 2014. – С. 83–89.
Об авторах
Морозов Вячеслав Валерьевич (Тюмень, Россия) – аспирант кафедры ЭАТ, Тюменский государственный нефтегазовый университет
(625048, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72; e-mail: morozov1990_72@
mail.ru).
Ярков Сергей Александрович (Тюмень, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры ЭАТ, Тюменский государственный
нефтегазовый университет (625048, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72;
e-mail: sergii72@yandex.ru).
89
УДК 629.3.017.2
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И ОГРАНИЧЕНИЯ СКОРОСТИ
ДВИЖЕНИЯ КОЛЕСНЫХ МАШИН НА ПОВОРОТЕ
С.А. Объедков1, Е.В. Свиридов2
1
Пермский военный институт внутренних войск МВД России, Россия
2
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Описывается структура системы контроля и ограничения скорости
движения колесных машин по параметрам курсовой и поперечной устойчивости на повороте. Система способствует снижению аварийности за
счет идентификации скорости движения автомобиля и сравнения ее значения с критическими по заносу и опрокидыванию и снижения до безопасной величины.
Ключевые слова: устойчивость движения, устойчивость положения,
критическая скорость по заносу, критическая скорость по опрокидыванию.
Устранение причин аварийности с транспортными средствами выступает сегодня в качестве одной из приоритетных задач, поскольку
речь идет о защите человека, его здоровья и имущественных интересов.
Особое внимание уделяется повышению уровня технического состояния транспортных средств, их активной и пассивной безопасности.
Одним из очевидных путей обеспечения безопасности движения
колесных машин является оснащение их бортовыми автоматизированными системами управления движением, в частности системами контроля скорости движения, системами курсовой устойчивости [1–4].
С целью повышения степени точности определения скорости движения транспортного средства, определения сцепных качеств опорной
поверхности и идентификации критической скорости движения по заносу и опрокидыванию в зависимости от сцепных качеств опорной поверхности и радиуса поворота машины предлагается система контроля
и ограничения скорости транспортного средства [5], схема которой показана на рисунке.
Система содержит электронное устройство определения критической скорости транспортного средства 1, рассогласователь 2, который
разрывает связь между датчиком положения педали подачи топлива 3
90
и электронным блоком управления впрыском 4 при достижении действительной скорости транспортного средства, равной критической, датчики 5, фиксирующие усредненную полезную нагрузку, определяющие
вертикальную координату центра масс и величину поперечного крена кузова, датчик 6, установленный на валу рулевого механизма,
фиксирующий угол поворота руля, датчик 7, установленный на балке моста транспортного средства, фиксирующий поперечный наклон
дорожного профиля, устройство 8 светозвуковой сигнализации, заблаговременно предупреждающее водителя о приближении действительной скорости к критической, устройство ввода параметров технической характеристики транспортного средства 9, датчик угловой
скорости ведущих колес 10, радар 11, установленный над ведущим
колесом и определяющий абсолютную линейную скорость этого колеса, сумматор 12, определяющий среднее значение абсолютных линейных скоростей ведущих колес.
Рис. Структурная схема системы контроля
и ограничения скорости движения колесных машин
Посредством устройства ввода 9 в систему вводятся значения параметров технической характеристики транспортного средства (L – длина
базы, м; В – ширина колеи, м; h – высота центра масс при снаряженной
массе транспортного средства, м; Uру – передаточное число рулевого
управления; rк – радиус колеса, м). В случае загрузки транспортного
91
средства в устройство определения критической скорости 1 со стороны
датчиков 5 поступает измененное значение высоты центра масс. В устройстве 1 происходит определение коэффициента поперечной устойчивости автомобиля:
η=
В
.
2h
(1)
В случае бокового крена кузова происходит изменение значения
координат центра масс, определяемое датчиками 5 и передаваемое
в устройство 1. Тогда в устройстве 1 происходит определение угла γ
(град) бокового крена кузова:
γ = arctg
dz
,
dy
(2)
где dz и dy – соответственно изменение вертикальной и поперечной координат центра масс.
Со стороны датчика 7, установленного на балке моста транспортного средства, в устройство 1 поступает сигнал о значении угла поперечного наклона дорожного профиля β (град), со стороны датчика 10
угловой скорости ведущих колес – сигнал о значении угловой скорости
его вращения ωкi (рад/с), со стороны датчика 6 – сигнал о значении угла
поворота рулевого колеса θ (град), со стороны радара 11, установленного над ведущими колесами, – значение абсолютной (реальной) линейной скорости этих колес vкi (м/с). При этом в устройстве 1 происходит определение среднего угла поворота управляемых колес (град):
Ω упр =
θ р.к
U р.у
;
(3)
радиуса поворота транспортного средства (м):
R=
L
;
tgΩ упр
теоретической линейной скорости:
vтi = rк·ωкi (м/с),
92
(4)
и определяется коэффициент скольжения колеса
sкi = (vкi – vтi)/vкi.
Далее в устройстве 1 определяется среднее значение коэффициента
скольжения sср =
n
s
кi
(где n – число ведущих колес) и по функцио-
i =1
нальной зависимости определяется значение коэффициента сцепления
колес с опорной поверхностью φ = f (sср). Затем происходит сравнение
коэффициента сцепления с коэффициентом поперечной устойчивости
транспортного средства. В случае если φ < η, то при повороте существует вероятность нарушения курсовой устойчивости, проявляющегося
в виде заноса. Если φ > η, то при повороте существует вероятность нарушения поперечной устойчивости, проявляющегося в виде опрокидывания транспортного средства.
Если при повороте транспортного средства может наступить занос, то в устройстве 1 происходит определение критической скорости
по заносу:
[φ + tg(β − γ)] gR .
vкр. зан =
1 − tg(β − γ)
(5)
Если при повороте транспортного средства может наступить опрокидывание, то в устройстве 1 происходит определение критической
скорости по опрокидыванию:
vкр. опр =
[ tg(β − γ) + 0,5B ] gR .
h − 0,5 Btg(β − γ)
(6)
Одновременно с радара 11 значение абсолютной (реальной) линейной скорости ведущих колес vкi (м/с) поступает в сумматор 12, где
происходит определение среднего значения абсолютных линейных
скоростей ведущих колес vср =
n
v
кi
. Далее в устройстве 1 происходит
i =1
сравнение реальной скорости транспортного средства по средней линейной скорости колес vср с критической vкр.
В том случае если реальная скорость транспортного средства достигает значения vср = 0,85vкр, устройство 8 выдает звуковой и световой
93
сигналы водителю о приближении значения скорости движения транспортного средства к значению критической скорости. Если скорость
транспортного средства продолжает расти и становится равной 0,9vкр,
то устройство 1 подает сигнал на рассогласователь 2.
Рассогласователь 2 разрывает связь между датчиком 3 положения
педали подачи топлива и электронным блоком 4 управления впрыском
и выдает эквивалентный сигнал сигналу датчика 3 положения педали
подачи топлива. Кроме того, на рассогласователь 2 поступают: сигнал
с сумматора 12 о мгновенной скорости движения транспортного средства; сигнал с датчика 3 о скорости нажатия на педаль подачи топлива.
Если значение мгновенной скорости транспортного средства vср соответствует значению 0,9vкр, то рассогласователь 2 выдает сигнал, соответствующий малому перемещению педали подачи топлива.
Электронный блок 4 управления впрыском топлива, получая такой
сигнал, полностью прекращает выдачу командных импульсов на топливную форсунку, которая при этом прекращает подачу топлива в цилиндры двигателя, обеспечивая тем самым процесс торможения транспортного средства.
Список литературы
1. Автоматизированная система обеспечения курсовой и поперечной устойчивости транспортных средств при движении на повороте /
Р.Р. Жарков, В.В. Ляхова, Е.В. Свиридов, С.Л. Овечкин // Междунар.
науч. ин-т «Educatio»: ежемес. науч. журн. – Новосибирск, 2014. –
№ 7. – Ч. 3. – С. 91–93.
2. Жарков Р.Р., Свиридов Е.В. Система обеспечения курсовой
и поперечной устойчивости автомобильной техники при криволинейном движении // Теоретические и прикладные аспекты современной
науки: сб. науч. трудов по материалам V Междунар. науч.-практ. конф.
30 нояб. 2014 г.: в 6 ч. – Белгород, 2014. – Ч. 3. – С. 44–49.
3. Жарков Р.Р., Овечкин С.Л., Свиридов Е.В. Система обеспечения
устойчивости движения транспортных средств на повороте // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. – 2015. –
№ 1. – С. 62–65.
4. Жарков Р.Р., Свиридов Е.В., Овечкин С.Л. Система контроля
и ограничения скорости движения колесных машин на повороте // Актуальные вопросы совершенствования военной и специальной техники:
94
сб. науч. материалов, посвященный 105-й годовщине со дня образования автомобильных войск России. – Пермь, 2015. – С. 22–27.
5. Пат. 157919 Российская Федерация, МПК В60К 31/00 Автоматическое устройство контроля и ограничения скорости транспортного
средства на повороте по параметрам курсовой и поперечной устойчивости / Е.В. Свиридов, С.А. Объедков.
Об авторах
Объедков Сергей Анатольевич (Пермь, Россия) – курсант пятого
курса факультета технического обеспечения, Пермский военный институт ВВ МВД России (614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, 1; e-mail:
sergei2005893@yandex.ru).
Свиридов Евгений Викторович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобили и технологические машины»,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: schem_sev@bk.ru).
95
УДК 621.19
ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ТОЧНОСТЬЮ
ПРЕЦИЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
А.К. Остапчук1, Е.М. Кузнецова1,
А.Г. Михалищев1, А.И. Шашков2
1
Курганский институт железнодорожного транспорта, Россия
Уральский государственный университет путей сообщения,
Екатеринбург, Россия
2
Рассмотрены особенности управления точностью технологической
обрабатывающей системы. Разработана структура комбинированного
управления точностью прецизионной обработки.
Ключевые слова: прецизионная обработка, математическая модель,
управление по возмущению, управление по отклонению.
Управление точностью прецизионной обработки имеет свои особенности, связанные со спецификой условий, в которых она осуществляется:
– небольшие снимаемые припуски (5–20 мкм) и как следствие
снижение интенсивности износа режущего инструмента;
– малые (единицы микрометров) допуски на размер, повышающие
степень ответственности контрольно-измерительных операций, что
практически приводит к увеличению их продолжительности и делает
соразмерными со временем обработки;
– рост влияния тепловых возмущений ввиду того, что величина
вызываемых ими деформаций элементов конструкции станка соизмерима с допуском на размер.
Специфика же управления в данном случае состоит в том, что
важным является определение не величины подналадочного импульса,
а момента, когда его необходимо вводить. Это связано с тем, что для
уменьшения вероятности случайных выбросов процесс обработки целесообразно центрировать к середине поля допуска. Таким образом,
особую актуальность приобретает прогнозирование поведения процесса обработки в ближайшем будущем, что позволит упорядочить проце96
дуру контрольно-измерительных операций в направлении оптимизации
их периодичности. Анализ существующих методов прогнозирования
временных рядов, образованных отклонениями размеров от заданных,
показал, что наиболее предпочтительным является использование методов, основанных на построении моделей, отслеживающих нестационарность исследуемого процесса на фоне помехи [1]. К числу этих моделей относятся, например, полиномиальные – на основе метода наименьших квадратов и расширенного метода наименьших квадратов
и дискретные – на основе уравнения смешанного процесса авторегрессии проинтегрированного скользящего среднего (АРПСС) [2].
В случае если помеха носит характер белого шума или тепловой
переходный процесс закончился, режим обработки стабилизируется
и выполнение контрольно-измерительных операций становится практически нецелесообразным, поскольку зафиксированные в их ходе
отдельные случайные выбросы не могут служить основанием для введения коррекции и последующего контроля реакции системы на нее.
В этом случае с учетом специфики условий обработки более рациональной будет реализация автоматического контроля состояния технологической обрабатывающей системы с помощью соответствующей
аппаратуры, т.е. организация канала управления по возмущению.
Постоянство градиента или колебания в заданных пределах отражают устойчивость процесса обработки и исключают необходимость
проведения измерений изготовленных деталей, существенно увеличивая, тем самым, производительность оборудования. Рост размаха колебаний или появление значимого дрейфа температуры в опорной точке
явится сигналом нарушения условия стационарности и определит момент проведения измерения.
Таким образом, в условиях прецизионной обработки целесообразной является реализация комбинированного управления точностью
технологической системы (рисунок), канал управления по отклонению
которого будет задействован преимущественно в переходном тепловом
режиме, а канал управления по возмущению – в основном в условиях его
стационарности.
Измерение размеров осуществляется встроенным в модуль датчиком положения поверхности с погрешностью не более 0,6 мкм. Для определения периодичности измерений в условиях управления по отклонению с помощью имитационного моделирования прогнозировалась точность обработки с применением следующих моделей [2]:
97
Рис. Структурная схема комбинированного управления
точностью прецизионной обработки
1) авторегрессионная модель (AR):
A(z) y(t) = e(t),
где A(z) = 1 + a1z–1 + a2z–2 + … + anz–n;
2) модель ARX:
A(z) y(t) = B(z) u(t) + e(t),
где B(z) = b1 + b2z–1 + b3z–2 + … + bnz–n+1;
3) ARXMAX модель (модель авторегрессионной функции с использованием скользящего среднего):
A(z) y(t) = B(z) u(t – nk) + C(z) e(t),
где C(z) = 1 + c1z–1 + c2z–2 + … + cnz–n; nk – величина задержки;
4) модель вход-выход:
y (t ) =
B( z )
u (t − nk ) + e(t ),
F ( z)
где F(z) = 1 + f1z–1 + f2z–2 + … + fnfz–nf;
98
5) модель Бокса-Дженкинса:
y (t ) =
B( z )
C( z)
u (t − nk ) +
e(t ),
F ( z)
D( z )
6) модель для переменных состояния:
x (t + 1) = Ax(t) + Bu(t),
y(t) = Cx(t) + Du(t) + ν(t),
где A, B, C, D – матрицы соответствующих размеров.
Анализ моделей показал, что периодичность измерений составляет
3–5 деталей при работе технологической системы в условиях динамического равновесия. Момент измерения при управлении по возмущению определялся исходя из условия увеличения размаха колебаний,
генерируемых технологической обрабатывающей системой. Исходными данными для построения моделей и последующего анализа их точности были значения вибросигнала при чистовой токарной обработке,
измеренные при помощи датчика акселерометра. Горизонт прогноза
управления точностью по возмущению определялся на основе старшего показателя Ляпунова. В случае невозможности прогнозирования изза работы технологической обрабатывающей системы в области неустойчивости периодичность измерений уменьшается до одной детали.
Последующим шагом при управлении точностью прецизионной обработки будет коррекция режимов обработки, позволяющая привести
систему в устойчивое состояние.
Практическая реализация разработанных средств комбинированного управления точностью обработки позволит сократить брак до
уровня случайных выбросов и повысить производительность оборудования на 10–30 %.
Список литературы
1. Остапчук А.К., Хрипунов С.В. Применение теории детерминированного хаоса к прогнозированию точности обработки // Изв. Челяб.
науч. центра УрО РАН. – 2005. – № 2. – С. 37–41.
2. Льюинг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя. –
М.: Наука, 1991.
99
3. Остапчук А.К., Овсянников В.Е. Синергетический подход к определению отклика технологической системы на внешнее воздействие //
Вестн. Урал. гос. ун-та путей сообщения. – 2011. – № 3. – С. 36–41.
4. Использование сигналов виброакустики для оптимизации режимов обработки / А.К. Остапчук, А.М. Симонов, Е.Ю. Рогов, Ю.В. Грохотов // Наука и образование транспорту. – 2011. – № 1. – С. 104–107.
Об авторах
Остапчук Александр Константинович (Курган, Россия) – кандидат технических наук, доцент, Курганский институт железнодорожного
транспорта (e-mail: ostapchuk_ss@mail.ru).
Кузнецова Елена Михайловна (Курган, Россия) – аспирантка, Курганский институт железнодорожного транспорта (e-mail: lenkuz@bk.ru).
Михалищев Александр Геннадьевич (Курган, Россия) – аспирант,
Курганский институт железнодорожного транспорта (e-mail: markos45
@mail.ru).
Шашков Алексей Игоревич (Екатеринбург, Россия) – аспирант,
Уральский государственный университет путей сообщения (e-mail:
svoboda666free@gmail.com).
100
УДК 621.43
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЕ
И РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ
«АВТОМОБИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ – НАГРУЗКА»
А.Е. Радько, Р.Н. Хмелев
Тульский государственный университет, Россия
Приведены результаты математического моделирования, исследования и расчета динамических процессов в системе «Автомобильный двигатель – нагрузка» на примере автомобиля ГАЗ-3110 с двигателем ЗМЗ-4062.
Установлены закономерности влияния параметров нагрузки на эффективность функционирования автомобильного двигателя и автомобиля в целом.
Ключевые слова: автомобильный двигатель внутреннего сгорания,
автомобиль, нагрузка, математическое моделирование.
Современный автомобильный двигатель внутреннего сгорания
(ДВС) является сложной технической системой, работающей большую часть времени в переходных режимах, характеризующихся постоянным изменением частоты вращения коленчатого вала и нагрузки. Одним из резервов улучшения мощностных, экономических
и экологических показателей автомобильных ДВС, а также алгоритмов управления двигателями является выявление сложных закономерностей функционирования системы «Автомобильный ДВС –
Нагрузка». Установление данных закономерностей позволит существенно сократить затраты при создании и доводке автомобильных
ДВС и автомобиля «в целом» за счет их комплексной оптимизации
учетом сложных динамических процессов в элементах системы
«Автомобильный ДВС – Нагрузка».
Для автомобильного ДВС определение текущего значения нагрузки (момента сопротивления) является сложной задачей, решение которой зависит от совокупности динамических процессов, происходящих
как в двигателе, так и в автомобиле «в целом», а также от дорожных
и метеорологических условий. В существующих работах момент сопротивления, как правило, определяется на основе опытных данных по
эмпирическим зависимостям.
101
Данная работа посвящена совершенствованию методов теоретического исследования системы «Автомобильный ДВС – Нагрузка» для
улучшения мощностных и экономических показателей автомобильного
ДВС и автомобиля «в целом», а также сокращения затрат при их проектировании и доводке.
Для математического описания динамических процессов в системе «Автомобильный двигатель – Нагрузка» использовалась фазовая
математическая модель, базирующаяся на теории графов связей [1–4].
В качестве объекта исследования был выбран автомобиль ГАЗ-3110
с двигателем ЗМЗ-4062.
Отличительной особенностью предлагаемого подхода является тот
факт, что при проведении вычислительных экспериментов нагрузка
(момент сопротивления на коленчатом валу двигателя) определяется
в результате решения системы дифференциальных уравнений [4] в зависимости от режима движения автомобиля.
На рис. 1 и 2 в качестве примера приведены результаты расчетов
изменения скорости движения и нагрузки при последовательном переключении передач и разгоне автомобиля, движении накатом после 10 с,
а также торможении двигателем после 10 с.
На примере автомобиля ГАЗ-3110 с двигателем ЗМЗ-4062 был выполнен анализ влияния изменения передаточных чисел коробки переключения передач (КПП) на функционирование системы «Автомобильный ДВС – Нагрузка». Вычислительный эксперимент проводился
с тремя исследуемыми КПП:
– пятиступенчатой коробкой передач 3110-1700010;
– четырехступенчатой коробкой передач 3110-1700010-10;
– пятиступенчатой коробкой передач 3302-1700010.
Рис. 1. Результаты расчета скорости движения автомобиля
при разгоне, движении накатом и торможении двигателем
102
Рис. 2. Результаты расчета нагрузки при разгоне,
движении накатом и торможении двигателем
На рис. 3 приведены результаты расчета расхода топлива при последовательном переключении передач и разгоне автомобиля с различными КПП.
Рис. 3. Результаты расчета расхода топлива
при разгоне автомобиля с различными КПП
Приведенные результаты расчетов подтверждают широкие возможности разработанного математического и программного обеспечения. При этом результаты исследования и расчета динамических процессов в системе «Автомобильный двигатель – Нагрузка» могут использоваться для улучшения показателей автомобильного двигателя и
автомобиля в целом, а также сокращения материальных и временных
затрат при их проектировании и доводке.
Список литературы
1. Радько А.Е., Подъемщиков А.Н., Хмелев Р.Н. Разработка и исследование динамических моделей двигателей легковых автомобилей //
103
Изв. ТулГУ. Сер. Технические науки. Вып. 11. Ч. 1. – Тула: Изд-во
ТулГУ, 2014. – С. 362–368.
2. Малиованов М.В., Хмелев Р.Н., Радько А.Е. Особенности применения аппарата графов связей для математического описания процесса функционирования автомобиля // Перспективы развития науки
и образования: материалы МЗНПК. – Тамбов, 2014. – С. 77–79.
3. Свидетельство о государственной регистрации программы для
ЭВМ № 2014617074 / М.В. Малиованов, А.Е. Радько, Р.Н. Хмелев Программный комплекс «Имитационная динамическая модель автомобиля»; дата регистрации 10.06.2014.
4. Малиованов М.В., Хмелев Р.Н. Разработка и исследование динамической модели автомобиля // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: материалы МНПК. – Пермь: Изд-во
Перм. нац. гос. политехн. ун-та, 2013. – С. 207–216.
Об авторах
Радько Александр Евгеньевич (Тула, Россия) – аспирант кафедры
«Автомобили и автомобильное хозяйство», Тульский государственный
университет (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92; e-mail: aiah@yandex.ru).
Хмелев Роман Николаевич (Тула, Россия) – доктор технических
наук, доцент, профессор кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство», Тульский государственный университет (300012, г. Тула,
пр. Ленина, 92; e-mail: aiah@yandex.ru).
104
УДК 621.873.3: 519.718.2
МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ УСТОЙЧИВОСТИ
МОБИЛЬНЫХ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН
А.В. Редькин, И.Н. Муравец
Тульский государственный университет, Россия
Рассмотрены вопросы повышения уровня эксплуатационной производительности и безопасности погрузочно-разгрузочных работ, выполняемых стреловыми самоходными кранами, при ненормируемых внешних воздействиях путем мониторинга грузовой устойчивости и стабилизации
опорного контура.
Ключевые слова: грузоподъемная машина, безопасность, устойчивость, управление, мониторинг.
Обеспечение устойчивости мобильных грузоподъемных средств
(стреловых самоходных кранов, подъемников, других машин, работающих на выносных опорах) является одним из необходимых условий
при разработке систем управления грузоподъемными операциями.
Особенностью этого класса машин является работа на неподготовленных площадках в заранее неизвестных условиях. Для мониторинга устойчивого положения предложен метод определения грузовой устойчивости по положению равнодействующей всех сил, действующих на
грузоподъемную установку (или проекции центра масс), относительно
опорного контура [1, 2]. В основе метода лежит ряд положений.
1. Для обеспечения гарантированной устойчивости свободностоящей крановой установки необходимым условием является нахождение
внутри опорного контура равнодействующей вертикальных опорных
давлений (рис. 1).
2. В качестве критерия устойчивого состояния выступает коэффициент устойчивости, определяемый степенью приближения точки приложения этой равнодействующей к границам опорного контура.
Коэффициент устойчивости определяется отношением размера
опорного контура l x , l y (рисунок) к расстоянию от точки приложения
равнодействующей сил (или центра масс) С до наиболее удаленной
2l
границы опорного контура k =
≥ 1, 2.
l + b′
105
Рис. Схема расположения контрольных областей
устойчивости: 1 – гарантированная устойчивость;
2 – опасное снижение устойчивости;
3 – контрольная зона
Выбрав в качестве контролируемого параметра положение проекции центра масс, можно показать, что максимум коэффициента устойчивости (k = 2) будет при C x = 0 ( C y = 0 ), а минимум (k = 1,2) при
C x = (l x − 0,6l x ) / 0,6 , ( C y = (l y − 0,6l y ) / 0,6 ) (область 1 на рисунке).
Если проекция центра масс C находится внутри этой области, устойчивое состояние ССК гарантировано. Для предотвращения аварийных ситуаций дополнительно вводится контрольная зона 3. Согласно правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов
расчет устойчивости предусмотрен без динамических нагрузок. При
статических нагрузках коэффициент устойчивости k ≥ 1,4. При попадании проекции центра масс в контрольную зону (положение C ′′ ) необходимо изменить текущие параметры рабочих операций (снижение
скорости перемещения, ограничение вылета стрелы, уменьшение момента на валу двигателя), предотвращая тем самым смещение центра
масс в область опасного снижения устойчивости.
Управление исполнительными приводами по положению, скорости
и моменту можно осуществить дроссельным регулированием [3]. Простота управления скоростью и моментом посредством золотникового
преобразователя характеризуется тем, что регулирование гидравлических сопротивлений управляемых дросселей достигается при малых
перемещениях золотника, которые могут измеряться долями милли106
метра. Постоянный контроль параметров, которые определяют запас
крана по устойчивости, осуществляется теми или иными датчиками нагрузки, а также положения и скорости кранового оборудования.
Для определения текущего значения приведенной нагрузки (опрокидывающего момента) с учетом влияния динамического нагружения во время поворотного движения предложен способ [4].
На подвешенный на канате груз действуют сила тяжести и дополнительные динамические нагрузки, результирующая сила передается
по канату через оголовок стрелы, изменение натяжения каната определяется датчиком. На основании полученной информации определяется изменение радиуса и высоты действия сил по отношению
к ребру опрокидывания крана. Полученное значение натяжения позволяет определить текущее значение опрокидывающего момента,
которое сравнивается с допустимым, вычисленным для данного положения кранового оборудования согласно защитной характеристике
и показаниям датчиков положения и скорости. С учетом возможности изменения положения крана определяют оптимальные значения
таких величин, как длина стрелы, высота подвеса, скорость и ускорение при совершении дальнейших грузоподъемных операций.
В случае превышения допустимого опрокидывающего момента движение плавно прекращается, при этом дальнейшее движение возможно только в рекомендованном системой управления режиме.
Так как в основе способа действий лежит математическая модель крана, находящаяся в памяти бортового микропроцессора, она
может быть изменена в зависимости от типа крана и его индивидуальных особенностей и усложнена при предъявлении более жестких
требований и по мере развития исследований, т.е. устойчива к моральному старению.
Список литературы
1. Пат. РФ 2267458. Система контроля грузовой устойчивости
мобильных грузоподъемных машин / П.А. Сорокин, А.В. Редькин,
М.В. Козлов; 2006. Бюл. № 1.
2. Сорокин П.А., Анцев В.Ю., Редькин А.В., Обыденов В.А. Алгоритмы нечеткой логики в управлении устойчивостью стационарного башенного крана // Изв. Тул. гос. ун-та. Технические науки. –
2011. – № 4. – С. 238–245.
107
3. Сорокин П.А., Редькин А.В., Жильцов А.В. Обеспечение устойчивости стрелового самоходного крана с электрогидравлическим приводом // Подъемно-транспортное дело. – 2008. – № 6. – С. 5–7.
4. Пат. РФ 2440924. Способ управления грузоподъемным краном /
П.А. Сорокин, А.В. Редькин, А.В. Чернов; 2012. Бюл. № 3.
Об авторах
Редькин Алексей Владимирович (Тула, Россия) – кандидат технических наук, доцент, доцент Тульского государственного университета (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92; e-mail: ra171171@yandex.ru).
Муравец Илья Николаевич (Тула, Россия) – магистрант, Тульский государственный университет (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92;
e-mail: flok_ne@live.com).
108
УДК 539.4: 621. 791.053
КИНЕТИКА ОБРАЗОВАНИЯ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН
В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН
В.И. Сероштан, Т.В. Гаах
Московский государственный технический университет
им. Н.Э. Баумана (Калужский филиал), Россия
Описаны условия и причины возникновения в металлоконструкциях
ГПМ усталостных трещин, факторы, способствующие их зарождению,
росту и оценке.
Ключевые слова: металлоконструкции, сварка, дефекты, трещина,
усталость, сварные соединения, остаточные напряжения, скорость роста трещин.
В процессе эксплуатации парка грузоподъемных машин (ГПМ),
в результате проводимых экспертными организациями технических
обследований устаревших машин, отработавших нормативный срок
службы, накоплен обширный эмпирический материал об их техническом состоянии. Однако до сих пор отсутствует приемлемая для практического использования в процессе дальнейшей эксплуатации таких
ГПМ методика оценки их технического состояния. Особенно это актуально для сварных соединений несущих металлоконструкций с внутренними дефектами, которые зачастую становятся причиной поражений, разрушений и аварий (в том числе с трагическим исходом) металлоконструкций ГПМ [1].
Дефекты сварных соединений условно можно представить двумя
группами. В первую группу входят допущенные дефекты при подготовке конструкции к сварке. Наиболее характерными дефектами этой группы являются: несовпадение стыковых плоскостей кромок свариваемых
деталей, непостоянство зазоров между кромками, неправильный угол
скоса кромок в швах, чрезмерное или недостаточное притупление стыкуемых кромок по длине, расслоение металла и загрязнения на кромках.
Допущенные дефекты при подготовке и сборке к сварке приводят к появлению сварочных дефектов в виде пор, шлаковых включений, подрезов, непроваров, несплавления, кратеров, прожигов [2].
109
Сварочные дефекты бывают наружными (поверхностными)
и внутренними. Наружные дефекты сварки обычно обнаруживают
внешним осмотром и геометрическими измерениями с помощью специализированного инструмента и шаблонов. Внутренние макроскопические дефекты выявляют неразрушающими методами контроля (НК).
Дефекты, обнаруживаемые визуально, могут быть исправлены. Значительное количество поверхностных дефектов обычно указывает на
наличие в этом месте и внутренних дефектов.
При сварке плавлением регламентируют ширину и выпуклость
шва, число проходов, глубину проплавления. Неполномерность швов
может образоваться вследствие неустойчивого режима сварки, неравномерности зазора и угла скоса кромок, неточного направления электрода относительно разделки, недостаточной или увеличенной скорости подачи электрода.
Наиболее часто встречающиеся дефекты сварных соединений – это
поры и шлаковые включения с размерами от нескольких микрометров
до нескольких миллиметров. Форма их обычно сферическая. Часть из
них выходит на поверхность. Из канальных пор обычно развиваются
сквозные дефекты, так называемые свищи. Поры образуются при плохой зачистке кромок от ржавчины, окалины и загрязнения. Также причиной их образования может быть большая скорость сварки и недостаточная сила тока. Шлаковые включения могут располагаться на границе сплавления основного металла с наплавленным, вызывая местную
концентрацию и снижая прочность соединения. Микроскопические
шлаковые включения представляют собой загрязнения в виде окиси
железа, сульфидов, нитридов, легкоплавких эвтектик.
Подрезы образуются на поверхности сварных швов, в виде появляющихся в процессе сварки вдоль края шва углубления. Образуются они при
обрыве дуги, уменьшая рабочее сечение шва, снижая его прочность и коррозионную стойкость. Часть подрезов служит очагом появления трещин.
Внутренние дефекты сварных соединений, как правило, закладываются в процессе изготовления или ремонта металлоконструкции.
Размеры этих дефектов очень малы по сравнению с размерами самых
соединений. В процессе эксплуатации ГПМ под влиянием прилагаемых циклических нагрузок внутренние дефекты являются источником
зарождения внутренних усталостных трещин. Процесс зарождения
и распространения зародившейся трещины, вплоть до ее выхода на
поверхность элемента металлоконструкции, имеет скрытый характер
и визуально не наблюдается.
110
Распространение внутренний трещины соответствует второй стадии
микропроцесса усталостного разрушения, которая может составлять при
циклическом нагружении металлоконструкции 80–90 % общего ее ресурса [3]. Таким образом, определяющим фактором для расчета долговечности таких металлоконструкций ГПМ является прежде всего скорость распространения внутренней трещины. При этом важно иметь
в виду, что характер развития внутренней трещины в однородном основном металле и в зоне сварного соединения существенно отличается
под влиянием технологических факторов, связанных с процессом сварки.
В общем случае закономерности роста усталостных трещин в однородном металле и в зоне сварных соединений отражает уравнение
Пэриса, полученное на основе изучения закономерностей распространения усталостных трещин с позиций механики разрушения и установления на ее основе функциональной зависимости скорости роста
трещины от размаха коэффициента интенсивности напряжения на ее
вершине [4]. Скорость роста усталостной трещины при этом определяется выражением
dl
= C (ΔK1 ) h ,
dN
(1)
где l – половина длины трещины; N – число циклов нагружения металлоконструкции, необходимое для ее развития от момента зарождения
до выхода на поверхность шва; C и n – характеристики трещиностойкости материала; ΔK1 = K1max – K1min – размах колебания коэффициента
интенсивности напряжения.
Отличие характера развития внутренней усталостной трещины
в основном металле и в зоне сварного соединения предопределяется
тем, что характеристики материала C и n для сварных соединений
имеют иные значения, чем для основного металла. Основным фактором, влияющим на процесс роста и распространения усталостных
трещин в сварных соединениях, являются остаточные сварочные напряжения, которые существенно влияют на долговечность сварных соединений при циклическом их нагружении [5]. Теоретическими и экспериментальными исследованиями влияние остаточных напряжений на
скорость роста усталостных трещин, зарождающихся от сквозных дефектов, установлено, что растягивающие остаточные напряжения интенсифицируют процесс развития усталостных трещин, а сжимающие
его замедляют. Как правило, при первых циклах нагружения, т.е. до
111
появления усталостных трещин под действием внешней нагрузки происходит снижение остаточных напряжений.
Остаточные напряжения при циклическом нагружении сварных
соединений перераспределяются из-за возникновения пластических
деформаций от действия внешней нагрузки и механической разгрузки
в процессе роста трещины. В связи с этим выражение (1) скорости роста усталостной трещины приобретает вид
dl
C ⋅ ΔK1
=
,
dN (1 − R ) K c − ΔK1
(2)
где R – отношение минимального значения коэффициента интенсивности напряжения K1min к его максимальному значению K1max; Kc – критическое значение коэффициента интенсивности напряжения.
Пэрисом и Си Джо предложено выражение определения коэффициента интенсивности напряжения
K1 = C4 σ πl ,
(3)
где C4 – коэффициент, зависящий от вида дефектов, изменяется от 0,637
до 1,12; σ – номинальное напряжение по сечению в плоскости трещины.
Выражение (2) можно использовать для учета степени симметрии
циклов нагружения сварных соединений. Интегрируя выражение (2),
т.е. разделяя переменные скоростей развития усталостных трещин
dl/dN на основание выражений (1) и (3), получаем следующее выражение скорости роста внутренней усталостной трещины:
dl
= Cπ 2C4n (Δσ) 4 l 2 ,
dN
(4)
Из интеграла по Ирвингу и Пэрису получаем N p – число циклов,
необходимое для развития трещины от ее начальной длины l0 до разрушения (конечной длины lp), т.е. выхода ее на поверхность шва или
околошовной зоны.
Np =
1 1
1
 − ,
Cπ 2C4n (Δσ) 4  l0 lp 
(5)
Определив по (5) значение N p и установив экспериментально число циклов в момент выхода трещины на поверхность металла шва или
112
околошовной зоны N  , определим число циклов, N c , необходимое для
страгивания трещины, зародившейся из внутренних дефектов как разницу N  и N p .
Nc = N − Np ,
(6)
Для вычислений величин N p , используя данные источника, определяем для металла шва с низким уровнем остаточных напряжений величины С = 0,27.10–11 и n = 4,3. Вычисления N p целесообразно осуществлять, применяя математический пакет прикладной программы
MathCad; значение напряжений рекомендуется определять экспериментально, используя магнитный метод НК по коэрцитивной силе [5].
Исследования кинетики зарождения, образования и роста усталостных трещин в элементах металлоконструкций позволяют разработать
приемлемую для практического использования в процессе эксплуатации отработавших нормативный срок службы грузоподъемных машин
методику определения их технического состояния.
Список литературы
1. Иванов В.Н. Техническое диагностирование подъемно-транспортных машин: учеб. пособие. – Харьков: Форт, 2009. – 272 с.
2. Троицкий В.А., Валевич М.И. Неразрушающий контроль сварных соединений. – М.: Машиностроение, 1988. – 112 с.
3. Труфяков В.И. Усталость сварных соединений. – Киев: Наук.
думка, 1973. – 215 с.
4. Пэрис П.С., Си Дж. Анализ напряженного состояния около трещин //
Прикладные вопросы вязкости разрушения. – М.: Мир, 1968. – С. 64–142.
5. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. – М.: Машиностроение, 1977. – 230 с.
Об авторах
Сероштан Владимир Иванович (Калуга, Россия) – кандидат технических наук, доцент, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (248000, г. Калуга,
ул. Королева, 39; e-mail: swi77@yandex.ru).
Гаах Татьяна Владимировна (Калуга, Россия) – магистрант, ассистент, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (248000, г. Калуга, ул. Королева, 39;
e-mail: tatusha_g@mail.ru).
113
УДК 004.94
К ВОПРОСУ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО СКЛАДА
В.С. Тимченко
Институт проблем транспорта им. Н.С. Соломенко РАН,
Санкт-Петербург, Россия
Представлена имитационная модель распределительного склада, которая позволяет оценить достаточность его перерабатывающей способности в условиях обслуживания нескольких категорий транспортных
средств, предназначенная для визуализации, анализа и поиска устойчивых
параметров функционирования системы.
Ключевые слова: транспортная инфраструктура, имитационное
моделирование, распределительный склад, тарно-штучные грузы, палетоместо, автопогрузчик, категории транспортных средств, перерабатывающие способность.
Имитационная модель [1–4] была построена в среде с использованием дискретно-событийного подхода, который позволил рассмотреть
процесс выгрузки транспортных средств.
Если в процессе моделирования при заданных параметрах системы
объем склада полностью заполняется, то моделирование завершается
и делается вывод о невозможности освоения заданного грузопотока при
заданных параметрах склада. Оператору имитационной модели при следующем эксперименте следует сделать одно из двух возможных действий:
– увеличить максимальный объем склада;
– увеличить интервалы между прибытием автомобилей (не позволяет рассчитать максимальную перерабатывающую способность склада).
По мнению автора, наилучшим вариантом будет задание изначально
завышенной емкости склада и выведение на временной график динамики
его фактического заполнения, пиковое значение которого и будет характеризовать максимальную перерабатывающую способность склада (рисунок).
Оператор модели анализирует работу склада при различных процентных соотношениях рассматриваемых категорий транспортных
средств [5–7], а также предусматривает возможность увеличить их количество при несложной ее модификации. При наличии законов распределения интенсивности поступления транспортных средств имитационная
модель позволяет не только оценить максимальную перерабатывающую
114
способность, но и достаточность инфраструктурных и технологических
мероприятий по ее увеличению в случае необходимости увеличения перерабатывающей способности распределительного склада.
Рис. Количество занятых палето-мест
Модель позволяет проводить эксперименты и решать задачи различного уровня.
1. Решение о принятии на хранение дополнительного объема грузопотока (модель применяется как система поддержки принятия решения в оперативном режиме, используя в качестве исходных данных
фактические значения заполнения склада и срока хранения грузов,
время прибытия грузов, на хранение которых заключены договоры,
и прогноз поступления потенциального грузопотока).
2. Решение о закупке дополнительного количества средств механизации (на основании заключенных долгосрочных договоров с увеличением объема перерабатываемого грузопотока постоянных клиентов).
3. Решение об увеличении полезного объема склада (стратегическая задача, требующая значительных капиталовложений) и относительно длительного срока реализации.
Модель позволяет рассмотреть работу склада, при различных процентных соотношениях рассматриваемых категорий транспортных
средств, а также увеличить их количество при несложной ее модификации. При наличии законов распределения интенсивности поступления транспортных средств, имитационная модель позволяет не только
оценить максимальную перерабатывающую способность, но и достаточность инфраструктурных и технологических мероприятий по ее
увеличению в случае необходимости увеличения перерабатывающей
способности распределительного склада.
115
С помощью имитационной модели можно рассчитать следующие
основные показатели эффективности работы распределительного склада: коэффициент загрузки каналов; средняя длина очереди; среднее
время ожидания обслуживания; вероятность ожидания обслуживания.
Список литературы
1. Тимченко В.С. Оценка достаточности перерабатывающей способности распределительного склада тарно-штучных грузов методом
имитационного моделирования // Вестн. транспорта Поволжья. –
2015. – № 2. – С. 64–68.
2. Тимченко В.С. К вопросу применения имитационных моделей
складских комплексов // Фундаментальные и прикладные исследования
в технических науках в условиях перехода предприятий на импортозамещение: проблемы и пути решения. – СПб., 2015. – С. 172–173.
3. Тимченко В.С. Имитационная модель склада тарно-штучных
грузов при обслуживании семи категорий автомобилей // Виртуальное
моделирование, прототипирование и промышленный дизайн. – 2015. –
Т. 2. – С. 82–87.
4. Котенко А.Г., Ковалев К.Е., Тимченко В.С. Оценка достаточности
перерабатывающей способности распределительного склада тарно-штучных грузов при обслуживании семи категорий транспортных средств //
Интеллектуальные системы на транспорте. – 2015. – № 5. – С. 135–144.
5. Галкина Ю.Е., Ковалев К.Е., Тимченко В.С. Оценка перерабатывающей способности грузового фронта методом имитационного моделирования // Вестн. транспорта Поволжья. – 2015. – № 1. – С. 54–58.
6. Тимченко В.С. Расчет пропускной способности двухпутного железнодорожного участка с учетом категорий грузовых поездов методом
имитационного моделирования процессов перевозок // Науковедение:
интернет-журн. – 2015. – Т. 7, № 5. – URL: http: //naukovedenie.ru/
PDF/12TVN515.pdf (доступ свободный). DOI: 10.15862/12TVN515
7. Тимченко В.С. Имитационная модель автосервиса // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. – 2015. –
№ 1. – С. 138–142.
Об авторе
Тимченко Вячеслав Сергеевич (Санкт-Петербург, Россия) – научный сотрудник, Институт проблем транспорта им. Н.С. Соломенко
Российской академии наук (199178, г. Санкт-Петербург, 12-я линия ВО,
13; e-mail: tim4enko.via4eslav@mail.ru).
116
УДК 625.1
ОБОСНОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА БУФЕРНОГО ПАРКА
В ПРИПОРТОВОМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ УЗЛЕ
В.С. Тимченко
Институт проблем транспорта им. Н.С. Соломенко РАН,
Санкт-Петербург, Россия
Представлено обоснование строительства буферного парка в припортовом железнодорожном узле. Парк необходим вследствие различной
пропускной способности железнодорожных подходов, перерабатывающих
способностей станций и терминалов, а также для устранения влияния
неравномерности подхода поездов и морских судов.
Ключевые слова: припортовый железнодорожный узел, железнодорожные подходы, пропускная способность, «бросание» поездов, буферный
парк, перегрузочные терминалы, перерабатывающая способность.
При движении грузовых поездов к морским портам возникает скопление железнодорожных составов на припортовых станциях и подходах
к ним в ожидании подачи в порт, которое осложняет работу других
станций и участков [1].
Рост экспортного грузопотока в существующих условиях отставания в развитии пропускной способности железнодорожных направлений и перерабатывающей способности технических станций влечет за
собой задержки поездов и отставление их от движения («бросание»).
В 2012 г. на подходах к морским портам ежесуточно простаивало
в ожидании выгрузки 31,2 тыс. вагонов с экспортными грузами [2]. Количество поездов, отставленных от движения («брошенных»), возросло
в два раза по сравнению с 2011 г.
Классификатор причин «бросания» составов поездов содержит
25 различных наименований, каждая из которых требует устранения1.
Уменьшить влияние этих факторов возможно строительством буферного парка у территории порта, что позволит в периоды превыше1
Об организации учета и составлении оперативной отчетности по временно
отставленным от движения («брошенным») составам поездов: распоряжение ОАО
«РЖД» от 21.08.2008 г. № 1757р. 13 с.
117
ния норм суточного прибытия груженых вагонов в порт не бросать
составы в пути следования, а размещать в этом парке до выгрузки [3].
В данном случае буферный парк необходим вследствие различной пропускной способности железнодорожных подходов, перерабатывающей способности станций и терминалов, а также для устранения влияния неравномерности подхода поездов и морских судов.
Железнодорожное обслуживание морских портов осложняется
неравномерностью прибытия морских судов, недостаточной перерабатывающей способностью перегрузочных терминалов портов и вместимостью складов, малым количеством приемо-отправочных путей
на припортовых станциях. Поэтому задержки грузовых поездов, движущихся к морским портам, значительно выше, чем поездов других
назначений.
При этом возникает скопление железнодорожных составов на припортовых станциях и подходах к ним в ожидании подачи в порт, которое серьезно осложняет работу других станций и участков.
В результате из-за сложностей с организацией ритмичной работы
двух видов транспорта на подходах к морским портам появляется
большое число «брошенных» поездов [4].
Потери ОАО «РЖД» от отставления поездов от движения складываются из следующих основных составляющих [5]:
1) отвлечение подвижного состава от перевозочной работы;
2) затраты ресурсов на отставление от движения и «подъем» поездов;
3) исключение станционных путей из процесса перевозок и ремонта инфраструктуры;
4) выплата пени за нарушение сроков доставки грузов.
Суммарные затраты на отставление от движения и «подъем» поезда, в пути следования, за рассматриваемый период предлагается рассчитывать по авторской методике [6].
Уменьшение количества поездов, отставляемых от движения,
возможно после строительства буферного парка на припортовой
станции. Объем капитальных расходов на строительство парка составов из 10 путей полезной длиной 1050–1500 м на станции Лужская, по экспертным оценкам ОАО Ленгипротранс, в ценах 2012 г.,
составит 6,3 млрд руб.
Своевременная подача груженых составов из буферного парка на
терминал к началу выгрузки сократит простои работников порта, обо118
рудования и судов. При достаточном количестве путей в буферном
парке припортовой станции создаются условия для соблюдения договорных сроков доставки грузов.
При простоях вагонов на путях припортовой станции после договорной даты доставки груза, в соответствии с новым Уставом железных дорог и измененным Тарифным руководством № 22, ОАО «РЖД»
будет получать плату за нахождение подвижного состава на путях общего пользования3.
Список литературы
1. Кокурин И.М., Катцын Д.В., Малыгин И.Г. Организация экспорта каменного угля на основе концентрации логистической цепи поставок // Наука и транспорт. Модернизация железнодорожного транспорта. – 2013. – № 2. – С. 15–17.
2. Дайте дорогу экономике [Электронный ресурс] // Эксперт онлайн. – URL: http: //expert.ru/expert/2012/25/dajte-dorogu-ekonomike/.
3. Железнов Д.В. Создание станций, специализированных для массового отстоя и подготовки вагонов, как основной путь повышения качества эксплуатационной работы полигонов в условиях обращения избыточного парка и ограничений пропускной способности // Вестн.
РГУПС. – 2012. – № 3. – С. 78–87.
4. Рецепты ускорения [Электронный ресурс] // Пульт управления. –
URL: http: //www.pult.gudok.ru/archive/detail.php?ID = 917608.
5. Тимченко В.С. Буферный парк в припортовом железнодорожном
узле // Логистика: современные тенденции развития (ГУМРФ): материалы XIV Междунар. науч.-практ. конф. – СПб., 2015. – С. 350–353.
2
Правила применения ставок платы за пользование вагонами и контейнерами
федерального железнодорожного транспорта (тарифное руководство № 2), утверждены постановлением Федеральной энергетической комиссии Российской Федерации от
19 июня 2002 г. №35/12, 17 с.
3
Приказ ФСТ России «Об утверждении платы за нахождение на железнодорожных путях общего пользования подвижного состава и правил ее применения (Тарифное
руководство), а также о внесении изменений и дополнений в Правила применения ставок платы за пользование вагонами и контейнерами федерального железнодорожного
транспорта (Тарифное руководство №2), утвержденные постановлением Федеральной
энергетической комиссии Российской Федерации от 19 июня 2002 года N 35/12» от
29.04.2015 № 127-т/1, 22 с.
119
6. Тимченко В.С. Методика обоснования строительства парка отстоя
в припортовом железнодорожном узле // Вестн. транспорта Поволжья. –
2015. – № 4. – С. 44–49.
Об авторе
Тимченко Вячеслав Сергеевич (Санкт-Петербург, Россия) – научный сотрудник, Институт проблем транспорта им. Н.С. Соломенко
Российской академии наук (199178, г. Санкт-Петербург, 12-я линия ВО,
13; e-mail: tim4enko.via4eslav@mail.ru).
120
УДК 629.133
ИСПЫТАНИЕ ГРУЗОВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
АВТОМОБИЛЬНОГО КРАНА-МАНИПУЛЯТОРА
А.Г. Тюзюльбаев
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Статья посвящена проектированию кран-манипуляторных установок
(КМУ), в частности нахождению такого положения кран-манипуляторной
установки, при котором коэффициент устойчивости будет минимальным.
Были выбраны пять положений, относительно которых были произведены
расчеты на устойчивость. По результатам расчетов было выявлено положение КМУ, при котором получился минимальный коэффициент устойчивости при максимальном вылете Kу = 1,72.
Ключевые слова: кран-манипуляторная установка, грузовысотная
характеристика, коэффициент устойчивости.
Современное состояние развития транспортного комплекса требует внедрения в производство современных инновационных технических решений. Сегодня всё большее применение находит мобильная многоцелевая техника, заменяющая несколько машин [1, 2].
К таким машинам относятся современные кран-манипуляторы на автомобильном ходу. Автомобильные краны-манипуляторы – вид техники с повышенной опасностью, поэтому их эксплуатация должна
осуществляться в строгом соответствии с нормативными документами [3].
Количество комбинаций кранов-манипуляторов (КМУ) может
достигать сотни, так как велико количество видов шасси и КМУ. Для
каждого крана-манипулятора разрабатывается индивидуальная программа испытаний на устойчивость. Такие испытания производятся
в самом неблагоприятном положении или в положении с минимальной устойчивостью [3]. Для нахождения такого положения были взяты исходные данные автомобиля КАМАЗ 43118 и КМУ РК 3002К
(таблица).
Расчеты проводились по пяти расчетным положениям. На рис. 1 показано первое расчетное положение.
121
Исходные данные для расчета КМУ
Наименование параметра
Вес шасси
Вес КМУ
Вес надрамника
Вес бортовой платформы
Максимальная грузоподъёмность КМУ
Грузоподьемность КМУ на вылете 6 м
Грузоподъёмность КМУ на максимальном
вылете
Вес стрелового оборудования КМУ
Обозначение
Gш
Gкму
Gр
Gбп
Р1
Р2
Значение параметра
86,19 кН (8795 кг)
27,342 кН (2790 кг)
4,704 кН (480 кг)
10,192 кН (1040 кг)
66,7 кН (6800 кг)
44.6 кН (4550)
Р2
33,4 кН (3400 кг)
Gстр
13,82 кН (1410 кг)
Рис. 1. Расчет стрелы в положении 1
По результатам расчетов было выявлено, что минимальный коэффициент устойчивости получился в положении 5 (рис. 2) при максимальном вылете и равен Kу = 1,72.
Относительно этого положения была разработана программа испытаний на грузовую устойчивость: вылет 8 м; вес груза 3400 кг, и
проводились сами испытания (рис. 3), которые позволили определить
оптимальные параметры расчета КМУ.
122
Рис. 2. Расчет стрелы в положении 5
Рис. 3. Статические испытания на устойчивость
123
Список литературы
1. Организационно-экономический механизм инновационной деятельности дорожного хозяйства / С.П. Аржанухина, А.А. Сухов, А.В. Кочетков, Л.В. Янковский // Инновационный вестник «Регион». – 2012. –
№ 4. – С. 40–45.
2. Кочетков А.В., Янковский Л.В. Перспективы развития инновационной деятельности в дорожном хозяйстве // Инновационный транспорт. – 2014. – № 1 (11). – С. 42–45.
3. Щёткин Р.В. Основные проблемы сертификации автомобильных
кранов-манипуляторов и пути их решения при организации серийного
производства // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. –
2010. – № 2. – С. 46–60.
Об авторе
Тюзюльбаев Андрей Габитович (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Автомобили и технологические машины», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: auto@cpl.pstu.ac.ru).
124
УДК 62-835
ПРОЕКТ СОЗДАНИЯ УНИФИЦИРОВАННОЙ МАШИНЫ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА
Н.М. Филькин1, Р.С. Музафаров1,
М.Р. Габдуллин1, Д.В. Скуба2,
1
Ижевский государственный университет имени М.Т. Калашникова, Россия
2
Удмуртский государственный университет, Ижевск, Россия
Представлено описание назначения, функциональных возможностей,
массогабаритных характеристик и основных технических характеристик
разрабатываемой унифицированной машины технологического электротранспорта (УМТЭТ).
Ключевые слова: электротележка, технологический электротранспорт, электродвигатель, накопитель электрической энергии.
Целью исследований, проводимых в Ижевском государственном
техническом университете имени М.Т. Калашникова и на Сарапульском электрогенераторном заводе, является создание УМТЭТ и организация ее серийного промышленного производства [1].
Разрабатываемая УМТЭТ предназначена для транспортировки различных видов грузов и использования в качестве тягача, а также в качестве унифицированного шасси для выполнения различных видов работ
(в зависимости от вида навесного оборудования) в цехах на предприятиях машиностроения, легкой и пищевой промышленности, в жилищнокоммунальном и строительной отраслях, на аэродромах гражданского
и военного назначения и в других областях народного хозяйства1.
1
Разработка концепции унифицированной платформы напольного электротранспорта:
промежуточный отчет по договору между ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»
и ОАО «СЭГЗ» / Ижев. гос. техн. ун-т им. М.Т. Калашникова; Руководитель работы Н.М. Филькин. – Ижевск, 2015. – 145 с. – Исполнители: Р.С. Музафаров, С.А. Шиляев, А.Ф. Мкртчян,
М.Р. Габдуллин, Т.Ю. Голуб, Д.В. Скуба, С.Н. Зыков, А.В. Лебедев.
Разработка концепции унифицированной платформы напольного электротранспорта:
заключительный отчет по договору между ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»
и ОАО «СЭГЗ» / Ижев. гос. тех. ун-т имени М.Т. Калашникова; Руководитель работы
Н.М. Филькин. – Ижевск, 2015. – 63 с. – Исполнители: Р.С. Музафаров, С.А. Шиляев,
А.Ф. Мкртчян, В.А. Морозов, М.Р. Габдуллин, Т.Ю. Голуб, Д.В. Скуба, С.Н. Зыков.
125
УМТЭТ создается как новое поколение выпускаемого в России
технологического электротранспорта, обеспечивающее экологичность,
экономичность и расширение функциональных возможностей и областей его применения, замещение покупаемых Россией импортных электротележек.
В состав разрабатываемой УМТЭТ должны входить:
– грузовая платформа с бортами (кузов), предназначенная для размещения и перевозки грузов;
– рамная несущая система, предназначенная для крепления на ней
узлов и агрегатов;
– кабина закрытого/открытого типа, предназначенная для размещения органов управления и водителя;
– пневматический колесный движитель, предназначенный для
взаимодействия УМТЭТ с опорной поверхностью;
– рессорная подвеска, предназначенная для взаимодействия подрессоренной и неподрессоренной масс УМТЭТ;
– электродвигатель тяговый, предназначенный для перемещения
УМТЭТ;
– система управления электродвигателем, предназначенная для
управления работой электродвигателя;
– накопители электрической энергии, предназначенные для обеспечения электрической энергией УМТЭТ;
– рабочая и стояночная тормозные системы, предназначенные для
обеспечения тормозных свойств УМТЭТ во время движения и стоянки;
– рулевое управление, предназначенное для управления УМТЭТ во
время движения;
– обвес кузова, предназначенный для обеспечения безопасности
и эргономических свойств УМТЭТ;
– прицепное устройство, предназначенное для использования
УМТЭТ в качестве тягача;
– электромеханическая трансмиссия для передачи вращающего
момента электродвигателя к ведущим колесам;
– система электрооборудования, предназначенная для обеспечения
работы светотехники и других агрегатов УМТЭТ;
– органы управления, предназначенные для управления работой
различных агрегатов и систем УМТЭТ;
– передняя навесная плита, предназначенная для навешивания дополнительного оборудования;
126
– задняя навесная плита, предназначенная для навешивания дополнительного оборудования;
– вал отбора мощности, предназначенный для привода дополнительного навесного оборудования;
– короб для размещения накопителя электрической энергии, предназначен для размещения аккумуляторной батареи;
– эксплуатационная документация;
– запасное имущество и принадлежности (ЗИП) (вид комплекта
ЗИП – одиночный), предназначенные для выполнения ремонтных работ, т.е. в соответствии с ГОСТ 18322–78 запасные части, инструменты, принадлежности и материалы, необходимые для технического обслуживания и ремонта УМТЭТ;
– защитная упаковка, предназначенная для транспортировки УМТЭТ
потребителю и в торговую сеть.
Разрабатываемая УМТЭТ имеет несколько исполнений (модификаций), которые от базовой конструкции отличаются наличием/отсутствием навесных передней и задней платформ, наличием/отсутствием
прицепного устройства, наличием/отсутствием вала отбора мощности,
мощностью двигателя и его системой управления, кабиной закрытого/открытого типа.
УМТЭТ должна обеспечивать:
– транспортировку грузов;
– выполнение функций тягача, включая транспортировку прицепов
и полуприцепов;
– подметание территорий парков, дворов, тротуаров и т.п.;
– подметание и мойку территорий с асфальтобетонным покрытием;
– чистку снега;
– разравнивание площадки, сыпучих грузов, уборку снега;
– перемещение сыпучих грузов (без использования грузовой платформы);
– рыхление и выравнивание мест с твердой почвой;
– кошение травы на газонах, футбольных полях, полях для гольфа
и т.п.;
– разбрызгивание удобрений и реагентов в коммунальных службах;
– уборку легкого мусора в парковых зонах (пылесос);
– привод бетономешалок и других навесных агрегатов.
УМТЭТ должна обеспечивать выполнение следующих показателей:
– номинальная грузоподъемность, кг, – не менее 3000;
127
– скорость передвижения с номинальным грузом/без груза,
км/ч – 20/25;
– преодолеваемый подъем с номинальным грузом, %, – не менее 12
(при длине подъема 12 м);
– тяговое усилие, Н, – не менее 5000.
Основные технические характеристики разрабатываемой УМТЭТ
(рис. 1, 2):
– габаритные размеры разрабатываемой УМТЭТ с учетом поставленной грузовой платформы и бортов, мм, – не более 3400×1300;
– длина грузовой платформы, мм, – не менее 2100;
– ширина грузовой платформы, мм, – не менее 1300;
– высота грузовой платформы, мм, – не более 800;
– масса УМТЭТ без аккумуляторной батареи, кг, – не более 900;
– масса снаряженной УМТЭТ – 1500 кг, не более;
– внешний радиус поворота, мм, – не более 2900;
– клиренс, мм, – не менее 140.
На рис. 3 показаны размеры передней плиты и стандартных посадочных мест отверстий на консоли для навесного оборудования УМТЭТ,
а на рис. 4 представлен общий вид УМТЭТ сзади с плитой для монтажа
навесного оборудования с указанием стандартных размеров [2].
Рис. 1. Общие виды УМТЭТ
(бескабинный вариант)
128
Рис. 2. Общие виды УМТЭТ
(кабинный вариант)
Рис. 3. Размеры на плите передней консоли
под навесное оборудование
Рис. 4. Плита для монтажа навесного оборудования сзади
При разработке проекта создания унифицированной машины технологического электротранспорта использованы методические рекомендации при создании особо малых машин с гибридной энергосиловой установкой [3].
Список литературы
1. Технические требования к разрабатываемой унифицированной
машине технологического электротранспорта / Н.М. Филькин, Р.С. Музафаров, Д.В. Скуба, М.Р. Габдуллин // Безопасность и проектирование
конструкций в машиностроении: сб. науч. тр. междунар. науч.-техн.
конф. – Курск: Изд-во Юго-Запад. гос. ун-та, 2015. – С. 298–301.
129
2. Скуба Д.В. Комплекс системных методов дизайн-проектирования изделий. – Ижевск: Изд-во Удмурт. ун-та, 2016. – 136 с.
3. Автомобили особо малого класса (квадрициклы) с гибридной энергосиловой установкой / В.А. Умняшкин, А.Н. Филькина, К.С. Ившин,
Д.В. Скуба; под общ. ред. В.А. Умняшкина; Регулярная и хаотическая динамика. – Ижевск, 2004. – 138 с.
Об авторах
Филькин Николай Михайлович (Ижевск, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование», Ижевский государственный университет имени М.Т. Калашникова (426068, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7; e-mail:
fnm@istu.ru).
Музафаров Раис Салихович (Ижевск, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование», Ижевский государственный университет имени М.Т. Калашникова (426068, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7; e-mail: amo@istu.ru).
Габдуллин Марсель Рифович (Ижевск, Россия) – аспирант кафедры «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование», Ижевский государственный университет имени М.Т. Калашникова (426068,
г. Ижевск, ул. Студенческая, 7; e-mail: olimpik.07@mail.ru).
Скуба Денис Владиславович (Ижевск, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Дизайн промышленных изделий», Удмуртский государственный университет (426034, г. Ижевск, ул. Университетская, 1; e-mail: denskuba78@mail.ru).
130
УДК 656.71
АВИАЦИОННОЕ СООБЩЕНИЕ В АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Н.В. Шаталова
Институт проблем транспорта им. Соломенко РАН,
Санкт-Петербург, Россия
Проанализирована важная составляющая транспортных связей –
авиационное сообщение Арктической зоны Российской Федерации, направления его развития на данной территории.
Ключевые слова: регион, авиационное сообщение, аэродромы, авиационный парк, малая авиация.
Согласно Указу Президента Российской Федерации «О сухопутных
территориях Арктической зоны Российской Федерации» № 296 от 2 мая
2014 года [1] в состав Арктической зоны РФ входят:
1. Территория Мурманской области.
2. Территория Ненецкого автономного округа.
3. Территория Чукотского автономного округа.
4. Территория Ямало-Ненецкого автономного округа.
5. Территория муниципального образования городского округа
"Воркута" (Республика Коми).
6. Территории Аллаиховского улуса (района), Анабарского национального (Долгано-Эвенкийского) улуса (района), Булунского улуса
(района), Нижнеколымского района, Усть-Янского улуса (района) (Республика Саха (Якутия).
7. Территории городского округа города Норильска, Таймырского
Долгано-Ненецкого муниципального района, Туруханского района
(Красноярский край).
8. Территории муниципальных образований «Город Архангельск»,
«Мезенский муниципальный район», «Новая Земля», «Город Новодвинск», «Онежский муниципальный район», «Приморский муниципальный район», «Северодвинск» (Архангельская область).
9. Земли и острова, расположенные в Северном Ледовитом океане,
указанные в Постановлении Президиума Центрального Исполнительного Комитета СССР от 15 апреля 1926 г. «Об объявлении территорией
131
Союза ССР земель и островов, расположенных в Северном Ледовитом
океане» и других актах СССР.
Общее население составляет на 1 января 2015 г. 2391631 человек
и уменьшилось по сравнению с состоянием на 1 января 2014 г. на
8949 человек [2].
В связи с огромным промышленным потенциалом, достаточно
разбросанными друг от друга центрами добывающей промышленности,
оленеводства и другой основной деятельности данного региона, в том
числе и пассажирских перевозок, возникает серьезная необходимость
в организации авиасообщения, как между поселениями Арктической
зоны, так и для непосредственной связи с крупными городами России.
В СССР авиасообщение с территорией Арктической зоны и непосредственно местное авиасообщение было хорошо развито. Этому уделялось особое внимание на правительственном уровне. Четко работали
аэропорты по перевозке грузов и пассажиров на так называемую Большую землю, тесно осуществлялась связь с Северным морским путем
[3]. В начале 90-х годов началась деградация авиасообщения. Были упразднены зоны ответственности авиапредприятий, что в дальнейшем
привело не только к ликвидации самих предприятий, но и к увольнению высококвалифицированных кадров летного состава, привыкших
работать в труднейших климатических условиях Арктики.
По итогам 2014 г. объем воздушных перевозок пассажиров через
аэропорты Арктической зоны РФ составил более 4 млн человек, а в целом по России 46,9 млн человек. Получается, что примерно одна десятая часть авиаперевозок в России приходится на районы, где проживает
чуть более 2 млн граждан России, а перевозка грузов составила 15 % от
общероссийских. Это показатель того, что восстановление и совершенствование инфраструктуры аэропортов, ввод на авиалинии современных авиалайнеров крайне необходимы на территориях низких широт.
По данным Госкомиссии по развитию Арктики, в регионах Арктического пояса России находится 88 аэродромов и 200 посадочных площадок, которые практически все имеют грунтовое покрытие, а точнее 99 %.
Несмотря на такое количество аэродромов, основная масса их закрыта и
находится в удручающем состоянии. Даже в благополучной в плане
авиасообщения Мурманской области из 41 аэродрома только четвертая
часть находится в рабочем состоянии, а на территории Чукотского автономного округа действует только половина аэродромов, 15 из 33 [4].
Если рассмотреть аэродромы на примере Архангельского МТУ ВТ Росавиации, то, по данным Федерального агентства воздушного транспорта,
132
в основном все они низшего класса «E», и только 6 из 44 имеют класс
«Г» и 3 – класс «В». Причем все 44 аэродрома имеют Свидетельство о
государственной регистрации и годности аэродрома к эксплуатации.
Помимо проблем, связанных с аэродромами, предназначенными для
приема и отправки авиасудов, существует и проблема с парком воздушных лайнеров, обслуживающим авиалинии Арктики. Так называемая
малая авиация, которая в большинстве своем и используется на территориях, сильно удаленных от крупных населенных пунктов, является практически единственным средством обеспечения транспортной доступности населенных пунктов, разбросанных на большие расстояния по бескрайним просторам Севера, переживает серьезный кризис. Есть еще
один момент, определяющий значение малой авиации для зоны Арктики. Нефть и газ в ближайшее время будут добывать в Арктике, а без
обеспечения авиацией это практически невозможно. В этой ситуации
как на федеральном, так и на региональном уровнях принимаются целевые программы, которые способствуют возрождению малой полярной
авиации. Так, например, Правительство Ямало-Ненецкого автономного
округа приняло окружную целевую долгосрочную программу по развитию сети аэропортов гражданской авиации до 2020 г. Эта Программа
определяет социальную ответственность органов власти за обеспечение
населения и промышленности транспортными услугами. Благодаря этой
Программе началась реконструкция взлетно-посадочных полос и аэропортовых комплексов. Происходит замена устаревших Ту-134, Як-40
и Ан-24 на воздушные суда, отвечающие современным требованиям.
По различным экспертным оценкам, минимальное востребованное
количество воздушных судов на Севере в период до 2020 г. может составлять от 1 до 3 тысяч новых единиц. Но смены поколений техники
в количественном масштабе не произошло. На место списанных самолетов Ан-24 (26) и арктических Ил-14 пришли немногочисленные отечественные Ан-74, Ан-3, Ан-38 и Ан-140, а так же самолеты французского производства ATR-42 и канадские DHC8 [5].
Также требуется обновление и парка вертолетов, которые используются для доставки в качестве пассажиров ученых, геологов, буровиков, нефтяников, т.е. всех тех, кто работает на Севере вахтовым методом. В основном в арктической зоне используются для перелетов Ми-8
(Ми-14, Ми-17), самый грузоподъемный вертолет в мире Ми-26, легкий
вертолет Ми-2, Ка-26.
В условиях низких температур также планируется широко применять альтернативные виды авиационного транспорта: аэросани, экрано133
планы, беспилотные летательные аппарты, безаэродромные самолеты,
дирижабли и аэроботы.
Развитие малой авиации требует научных, правовых, технических
и организационно-финансовых решений в общегосударственном масштабе, и является важнейшей стратегической задачей социально-экономического развития Российской Федерации, включая обеспечение связности и транспортной доступности арктических территорий России.
Таким образом, для развития транспортной доступности в Арктике
необходимы государственная поддержка развития авиации, развитие
инфраструктуры воздушного транспорта, развитие авиационной промышленности, обновление авиапарка за счет инновационных технологий в авиа- и вертолетостроении
Список литературы
1. О сухопутных территориях Арктической зоны Российской Федерации: Указ Президента Российской Федерации: 2 мая 2014, № 296
[Электронный ресурс]. – URL: http: //static.kremlin.ru/media/events/files/
41d4d8e8206d56fc949d.pdf. свободный (дата обращения: 03.02.2016).
2. http: //www.gks.ru/free_doc/new_site/region_stat/calendar1.htm
3. Куватов В.И., Козьмовский Д.В., Шаталова Н.В. Потенциал Северного морского пути Арктической зоны России. Факторы и стратегия
развития // Науковедение: интернет-журнал. 2014. № 6 (25) [Электронный ресурс]. – М.: Науковедение, 2014. – URL: http: //naukovedenie.ru/PDF/20TVN614.pdf, свободный (дата обращения: 03.02.2016).
4. Шаповалова Т. Через льды [Электронный ресурс] // Российская
газета. Экономика Северо-Запада. – 2015. – № 6854 (283). – URL: http:
//www.arctic.gov.ru/News/7ad939a9-e6a3-e511-80c7-9cddd716059e?Nodeid=
cff7c859-8f58-e511-8259-e82aea5c46bb&page=1&pagesize=10, свободный (дата обращения: 03.02.2016).
5. Федотовских А.В. Полярная авиация россии на новом этапе освоения арктики [Электронный ресурс]. – 2014. – URL: http: //www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/analit/an6015.pdf, свободный (дата обращения:
03.02.2016).
Об авторе
Шаталова Наталья Викторовна (Санкт-Петербург, Россия) –
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Институт
проблем транспорта имени Н.С. Соломенко РАН (199178, г. СанктПетербург, В.О., 12 линия, 13; e-mail: shatillen@mail.ru).
134
Секция 2
УРБАНИСТИКА.
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.
ТЕХНОСФЕРНАЯ И ТРАНСПОРТНАЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
135
УДК 631.45: 632.95.024.4
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СТРУКТУРАТОРА
НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ СТРОИТЕЛЬСТВА И СНОСА
ОБЪЕКТОВ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ ЗАДАЧ
ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАРУШЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Е.С. Азматова, И.Н. Ташкинова
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Проанализирована возможность вторичного использования отходов
строительства и сноса промышленных зданий и сооружений, загрязненных продуктами и полупродуктами органического синтеза в рекультивационных целях. Предложены методы оценки экологической безопасности
проб структуратора, полученного на основе образцов отходов сноса, содержащих анилин и нитробензол.
Ключевые слова: структуратор, отходы строительства и сноса,
демонтаж, анилин, нитробензол, фитотоксичность, фитоиндикация, рекультивация.
В связи с увеличением темпов строительства, уменьшением количества свободных незастроенных площадей и как следствие увеличением объемов сноса ветхих и старых зданий возникает острая необходимость решать вопросы утилизации отходов сноса и демонтажа.
В соответствии с нормативно-правовой базой РФ отходы строительства и сноса (ОСС) имеют IV–V классы опасности, т.е. являются
практически неопасными. Более 10 % отходов сноса сегодня подвергается переработке, которая является единственным экологически приемлемым способом их утилизации [1]. Продукт, полученный от переработки отходов сноса и демонтажа зданий, может быть утилизирован
или использован в качестве сырья в других процессах.
В Пермском крае находится более 4500 предприятий, эксплуатирующих 11299 опасных производственных объектов. Основная проблема таких объектов – большой износ производственных мощностей.
На некоторых предприятиях он достигает 70 %. Такую ситуацию мы
наблюдаем в металлургической, химической и других отраслях промышленности, характерных для Пермского края [2].
136
Отходы сноса содержат от 70 до 80 % бетона и железобетона, которые после специальной переработки (дробления, сортировки, фракционирования) могут быть использованы в дорожном строительстве,
монолитном домостроении, при изготовлении неответственных железобетонных конструкций [1].
Подавляющее большинство минеральных техногенных отходов по
своему химическому составу и техническим свойствам сходны с природным сырьем, а зачастую имеют и ряд преимуществ (например, за
счет предварительной термической обработки). Применение минеральных техногенных отходов не только позволит снизить материалоемкость
производства, но и значительно снизить объемы разрабатываемого природного сырья, минимизировав при этом площади земель, занимаемых
объектами захоронения таких отходов. В некоторых случаях применение
сырья из отвалов промышленных предприятий практически полностью
удовлетворяет потребности отрасли в природных ресурсах.
Обзор направлений использования ресурсного потенциала ОСС
различных фракций показал перспективность их применения для создания и обустройства временных дорог на строительных площадках,
создания подъездов к ним, использования в качестве отсыпки, технического грунта, а также структуратора в процессе рекультивации земель (рисунок).
Рис. Основные направления вторичного использования
отходов строительства и сноса
С целью улучшения структуры почвы и параметров газовоздушной
почвенной среды при проведении работ по технической и биологической рекультивации нарушенных земель в почвогрунт вносятся структураторы в виде чистого грунта, песка, растительных отходов, древесных опилок или твердых минеральных субстратов. Требования к такому структуратору приравнены к нормам безопасности для почв, что
137
подтверждает необходимость предварительной оценки экологической
безопасности ОСС, на основе которых будет получен структуратор.
В качестве образцов для исследования были использованы пробы
ОСС, отобранные на типичном промышленном объекте по производству органических реагентов, содержащие амино- и нитроароматические
соединения (анилин и нитробензол). Для оценки экологической безопасности различных фракций отобранных проб был выбран метод
фитоиндикации [3].
Метод фитоиндикации актуален не только при загрязнении почв
жидкими химическими реагентами [4], но и при оценке возможного
вредного воздействия твёрдых компонентов почвы, в частности отходов. Используя предложенный метод, можно достаточно оперативно,
доступно (в техническом отношении) и с минимумом затрат дать объективную оценку комплексного экологического состояния почвенного
покрова обследуемых территорий [5,6]. Метод фитоиндикации позволяет оценить экологическую безопасность вторичного минерального
структуратора, а также определить безопасное остаточное количество
химических реагентов, которое не окажет угнетающего растительность эффекта [7]. При оценке фитотоксического эффекта почв, содержащих структуратор на основе исследуемых проб ОСС, в качестве
дополнительного индикатора процессов борьбы растительного тестобъекта с токсичными органическими веществами было предложено
использовать содержание в полученной растительной биомассе аскорбиновой кислоты.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-35-00411 мол_а.
Список литературы
1. Колосков В.Н., Олейник П.П., Тихонов А.Ф. Разборка жилых
зданий и переработка их конструкций и материалов для повторного использования. – М.: АСВ, 2004. – 200 с.
2. Гунина О.Н., Бурко Р.А. Анализ структуры промышленности
Пермского края на основе данных статистической отчетности // Молодой ученый. – 2013. – № 11. – С. 327–331.
3. Волкова И.Н., Кондакова Г.В. Экологическое почвоведение: лабораторные занятия для студентов-экологов (бакалавров): метод. указания //
Яросл. гос. ун-т. – Ярославль, 2002. – 35 с.
138
4. Азматова Е.С., Ташкинова И.Н. Исследование фитотоксичности
почв, загрязненных амино- и нитроароматическими соединениями
в результате аварийного пролива химического сырья // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. – 2015. – № 2. – С. 85–99.
5. Ревич Б.А., Тихонов С.Л., Тихонова Г.И. Экологическая эпидемиология. – М.: Академия, 2004.
6. Кауричева И.С. Почвоведение. – М.: Агропромиздат, 1989. – 720 с.
7. Багдасарян А.С. Биотестирование почв техногенных зон городских территорий с использованием растительных организмов: автореф.
дис. … канд. биол. наук. – Ставрополь, 2005. – 159 с.
Об авторах
Азматова Елена Сергеевна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: azmatova.es@gmail.com).
Ташкинова Ирина Николаевна (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет
(614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: i.tashkinova@pstu.ru).
139
УДК 628.516: 665.6/.7
ПРИМЕНЕНИЕ БИОРЕАКТОРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ С ЦЕЛЬЮ
ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
ПРОЦЕССА БИОРЕМЕДИАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОЙ
ПОЧВЫ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
М.В. Ахмадиев, А.А. Чугайнова
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Статья посвящена применению биореакторной технологии биоремедиации нефтезагрязненной почвы, которая позволяет предотвратить негативное воздействие на окружающую среду за счет локализации в границах производственной площадки образующихся выбросов летучих углеводородов и нефтесодержащих сточных вод, а также подбора оптимальных
методов их очистки.
Ключевые слова: нефтезагрязненная почва, площадка биоремедиации, биореактор, биофильтр.
Пермский край относится к районам с большим числом нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий. В процессе добычи,
транспортировки и переработки нефти возникают аварийные и нештатные ситуации, которые влекут за собой загрязнение почвы углеводородами нефти. В связи с этим одной из актуальных задач является обезвреживание образующихся нефтезагрязненных почв (НЗП).
Одним из распространенных методов обезвреживания НЗП является биотехнологический метод, который основан на разложении углеводородов нефти микроорганизмами вследствие различных физикохимических и биохимических реакций [1, 2]. Могут быть выделены
два варианта реализации биотехнологического метода: биоремедиация на открытых технологически площадках и в биореакторах различных конструкций.
В настоящее время наиболее часто биоремедиацию НЗП реализуют
на открытых технологических площадках, которые представляют собой
открытые земельные участки с гидроизоляционным слоем в основании
[3, 4]. НЗП доставляют и равномерно распределяют по поверхности
140
площадки биоремедиации. Перед началом работ проводится отбор
проб НЗП для определения концентрации нефтепродуктов в почве.
В процессе очистки почва подвергается комплексу агротехнических
мероприятий. Для интенсификации процесса очистки НЗП вносят минеральные удобрения и биопрепарат на основе культур углеводородокисляющих микроорганизмов. По окончании процесса биоремедиации
почву анализируют на содержание нефтепродуктов, по достижении
нормативных концентраций нефтепродуктов в почве осуществляют
выемку очищенного грунта.
В процессе обезвреживания НЗП на площадках биоремедиации
не исключено негативное воздействие на объекты окружающей среды. Влияние на атмосферный воздух возникает в процессе улетучивания легких фракций углеводородов нефти с поверхности технологических площадок. По результатам проведенных лабораторных
исследований было установлено, что 15–20 % углеводородов от суммарного загрязнения почвы выделяется в атмосферный воздух вследствие абиотической деструкции, которая обеспечивается физикохимическими процессами. В теплый период времени года, с мая по
сентябрь, выпадает значительное количество осадков, за счет инфильтрации которых образуется нефтезагрязненный фильтрат, потенциально представляющий собой угрозу загрязнения подземных
и поверхностных водных объектов.
Для предотвращения негативного воздействия от реализации биотехнологического метода перспективным является применение биореакторных технологий биоремедиации.
Биореакторная технология биоремедиации предполагает использование специальных установок биологической очистки (или серии установок). Биореактор представляет собой устройство дискретного действия, в рабочее пространство которого загружается предварительно подготовленная НЗП. В процессе очистки, которую проводят при
оптимальных параметрах, происходит достижение нормативных значений содержания нефтепродуктов в почве. Для интенсификации процесса очистки НЗП в биореакторе используют биопрепараты на основе углеводородокисляющих культур микроорганизмов. По достижении
нормативных концентраций нефтепродуктов в почве очищенный грунт
выгружается из биореактора [5, 6].
При реализации биореакторной технологии биоремедиации также
не исключено выделение летучих углеводородов, однако в границах
141
производственной площадки за счет системы принудительной вентиляции воздуха рабочей зоны осуществляется сбор воздуха, содержащего летучие углеводороды, и его очистка при помощи биофильтров. Существуют различные виды биофильтров в зависимости от области
применения и способа их эксплуатации. Биофильтрация представляет
собой простой и экономичный процесс очистки отходящих газов при
помощи микроорганизмов, способных окислять органические соединения [7]. В ходе обезвреживания НЗП в биореакторе также образуются
нефтесодержащие сточные воды, которые могут быть подвергнуты рециркуляции и использованы с целью орошения НЗП.
Переработка НЗП в биореакторных установках позволит предотвратить негативное воздействие на окружающую среду за счет возможности локализации выбросов в границах производственной площадки и подбора оптимальных технических решений для их обезвреживания.
Список литературы
1. Комплексная биоремедиация НЗП для снижения токсичности /
H.А. Киреева, E.M. Тарасенко, Т.С. Онелова, М.Д. Бакаева // Биотехнология. – 2004. – № 6. – С. 63–70.
2. Современные методы переработки нефтешламов / Г.Г. Ягафарова,
С.В. Леонтьева, А.Х. Сафаров, И.Р. Ягафаров. – М.: Химия, 2010. – 190 с.
3. Agamuthu P., Tan Y.S., Fauziah S.H. Bioremediation of Hydrocarbon Contaminated Soil Using Selected Organic Wastes // Procedia Environmental Sciences. – 2013. – Vol. 18. – P. 694–702.
4. Bioremediation of oil sludge contaminated soil by landfarming with
added cotton stalks / Shijie Wang, Xiang Wang, Chao Zhang, Fasheng Li,
Guanlin Guo // International Biodeterioration & Biodegradation. – 2016. –
Vol. 106, January. – P. 150–156.
5. Асонов А.М., Волкова К.Р., Терещенко Е.А. Регенерация замазученного грунта в биореакторе // Вестн. Урал. гос. ун-та путей сообщения. – 2011. – № 2. – С. 44–53.
6. Рудакова Л.В., Ахмадиев М.В., Сакаева Э.Х. Использование биореактора в технологии биоремедиации нефтезагрязненных почв // Экология и промышленность России. – 2013. – № 10. – С. 17–21.
7. Заболотских В.В., Краснослободцева А.Е., Терещенко Ю.П.
Технико-экономическое обоснование эффективности биологических
методов очистки и дезодорации газовых выбросов нефтехимических
142
предприятий // Вектор науки Тольят. гос. ун-та. Серия: экономика и
управление. – 2012. – № 3. – С. 29–33.
Об авторах
Ахмадиев Максим Владимирович (Пермь, Россия) – ассистент
кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (614990, г. Пермь,
Комсомольский пр., 29а; e-mail: akhmadiev-m@yandex.ru).
Чугайнова Анастасия Александровна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный
исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь,
Комсомольский пр., 29а; e-mail: Chugainova_a@mail.ru).
143
УДК 574 (07) /504.064.36
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЛОЩАДОК
ДЛЯ НОВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Л.М. Батракова, Л.В. Рудакова
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Рассмотрены примеры повторного использования территорий ликвидированных производственных объектов для целей нового строительства.
Приведен перечень работ для предварительной оценки уровня загрязнения
почв территории закрытых и ликвидированных промышленных объектов.
Представлен перечень правовых и нормативных документов с общими требованиями к разработке проектной документации, требованиями к проведению обследований и отбору проб, рекомендаций по выбору контролируемых показателей, оценке степени нарушения и уровня загрязнения почв.
Ключевые слова: промышленные территории, загрязнение, почвы,
экологическое обследование.
В настоящее время в мировой и российской практике известны
примеры повторного использования территорий ликвидированных
производственных объектов для целей нового промышленного и гражданского строительства.
Заслуживают внимания проекты по реабилитации бывших промышленных площадей, портовых терминалов, территорий казарм или
устаревших транспортных узлов в Германии и Нидерландах [1]. Известны факты освоения территории под рекреационное назначение и гражданское строительство на территории закрытых и рекультивированных
площадок захоронения коммунальных отходов [2]. Один из заводов
в окрестностях г. Шэнчжэнь (Китай) перестроен в ферму для выращивания овощей и фруктов. Испанский архитектор Р. Бофилл подарил новую
жизнь заброшенному цементному заводу (площадь завода составляла
3,1 км2) в черте Барселоны, разработав ландшафтно-планировочные решения территории и архитектурные приемы переоборудования цехов
под офисы, выставочные площадки и гостевые квартиры.
В последнее время и в России стало популярным использование заброшенных промышленных помещений под творческие площадки, про144
мышленные территории – под открытые общественные пространства и
новое строительство. Например, в Москве здание фабрики «Красный Октябрь» переоборудовано под офисы. Весной 2013 г. принят проект планировки производственной зоны «ЗиЛ», где территорию разделили на девять функциональных зон, в которых расположатся жилые микрорайоны,
деловой центр, парки, спортивный кластер, производство автомобилей.
Достоинство разработанного проекта планировки в том, что вместо устаревшего производства появится новая комфортная городская среда с доступной транспортной инфраструктурой и социальными объектами.
В Санкт-Петербурге с начала 2012 г. на территории бывшего Российского научного центра прикладной химии после ликвидации производственных корпусов, котельной, химических лабораторий, складского хозяйства и очистки почв ведется новое строительство.
Интеграция промышленных зон в городскую среду и повторное использование площадей закрытых и/или ликвидированных промышленных
объектов требует обязательной оценки экологического состояния высвобождаемых территорий [3]. На этапе, предшествующем разработке проекта
нового строительства, в соответствии с ГОСТ Р 53123–2008 (ИСО 10381-5:
2005) «Руководство по изучению городских и промышленных участков на
предмет загрязнения почв» проводится предварительная оценка уровня загрязнения почвенно-грунтового слоя территории и осуществляется:
♦ анализ предшествующей деятельности (технологические процессы, виды использованного сырья и номенклатура товарной продукции и др.);
♦ оценка геоморфологических характеристик, определение условий, препятствующих самоочищению почвы;
♦ обоснование критериев достижения безопасного уровня остаточного содержания загрязнения, обоснование методов снижения загрязнения и санации территории.
При разработке программы предварительного и детального обследования экологического состояния территорий необходимо принимать
во внимание требования к проведению обследования и отбору проб:
♦ СП 11-102–97. Инженерно-экологические изыскания для строительства;
♦ ГОСТ Р 53123–2008. Качество почв. Отбор проб. Руководство
по изучению городских и промышленных участков на предмет загрязнения почв;
♦ ГОСТ 17.4.3.01–83. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб (ГОСТ 28168–89. Почвы. Отбор проб);
145
♦ ГОСТ 17.4.4.02–84. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и
подготовки проб для химического, бактериологического и гельминтологического анализа;
♦ ГОСТ 28168–89. Отбор проб;
♦ Методические рекомендации по выявлению деградированных
и загрязненных земель. М.,1995.
В перечень работ инженерно-экологических изысканий и программы
детального экологического обследования территории могут быть включены исследования для выявления уровня загрязнения почвы и подстилающих грунтов, а при необходимости – опытно-фильтрационные исследования для оценки миграции накопленного загрязнения в подземные воды.
При оценке загрязнения почвенно-грунтового слоя промышленной
территории в основном определяется содержание тяжелых металлов и
нефтепродуктов. Виды и глубина загрязнения определяются предположительно с учетом интенсивности и длительности предполагаемого
загрязнения, а также геоморфологических характеристик, в том числе
подстилающих пород грунта исследуемого участка. При выборе контролируемых показателей, оценке степени нарушения и уровня загрязнения почв необходимо использовать следующие документы:
♦ ГОСТ 17.4.2.01–81. Охрана природы. Почвы. Номенклатура
показателей санитарного состояния;
♦ ГОСТ 17.4.1.02–83. Охрана природы. Почвы. Классификация
химических веществ для контроля загрязнения;
♦ ГОСТ 17.4.2.02–83. Охрана природы. Почвы. Номенклатура
показателей пригодности нарушенного плодородного слоя почв для
землепользования;
♦ СанПиН 26.1.2523–09. Нормы радиационной безопасности
(НРБ-99/2009);
♦ СанПиН 2.1.7.1287–03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы;
♦ ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве;
♦ ГН 6229-91. Перечень ПДК и ориентировочно допустимых количеств химических веществ в почве.
На этапах предпроектной подготовки и проектирования объектов
нового строительства необходимо учитывать общие требования к разработке проектной документации, а именно:
♦ Градостроительный кодекс РФ от 29.12.2004 № 190-ФЗ;
♦ «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 № 7-ФЗ;
146
♦ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения»
от 30.03.99 № 52-ФЗ;
♦ «Об отходах производства и потребления» от 24.06.98 № 89-ФЗ;
♦ «О радиационной безопасности населения» от 09.01.96 № З-ФЗ;
♦ Постановление Правительства РФ от 19.012006 г. № 20 «Об
инженерных изысканиях для подготовки проектной документации,
строительства, реконструкции объектов капитального строительства»;
♦ Постановление Правительства РФ от 16 февраля 2008 г. № 87
«О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию» (разд. 7 «Проект организации работ по сносу или демонтажу объектов капитального строительства»);
♦ Методическое пособие по разработке решений по экологической безопасности строительства в составе ПОС и ППР. 2-е изд. ОАО
ПКТИпромстрой, 2007.
В настоящее время в России готовится законопроект «Об изменениях
законодательства о возмещении вреда, причиненного окружающей среде,
и практической деятельности в этой сфере», который прежде всего рассматривает объекты накопленного экологического ущерба. Вносимые изменения направлены на создание правовых механизмов возмещения вреда
окружающей среде от объектов прошлой экономической деятельности.
Список литературы
1. Головин А.В. Интеграция промышленных территорий в городскую среду // Вестник ПГТУ. Урбанистика. – 2011. – № 1. – С. 7–20.
2. Вайсман Я.И., Вайсман О.Я., Максимова С.В. Управление метаногенезом на полигонах ТБО. – Пермь, 2003. – 231 с.
3. Швецова И.Н. Обеспечение экологической безопасности при ликвидации зданий и сооружений химических предприятий и рекультивации нарушенных территорий (на примере анилинового производства): автореф. дис. … канд. техн. наук. – М., 2013.
Об авторах
Батракова Любовь Максимовна (Пермь, Россия) – аспирантка
кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь,
Комсомольский пр., 29; e-mail: batrakova_perm@mail.ru).
Рудакова Лариса Васильевна (Пермь, Россия) – доктор технических
наук, профессор, зав. кафедрой «Охрана окружающей среды», «Пермский
национальный исследовательский политехнический университет» (614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: larisa@eco.pstu.ac.ru).
147
УДК 579.26
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ДЕГРАДАЦИИ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ
НА ПОЛИГОНЕ «ДУБНА ЛЕВОБЕРЕЖНАЯ»
М.В. Бурмистрова, Т.Н. Морозова, Е.С. Белик
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Представлены результаты микробиологических исследований твердых коммунальных отходов на полигоне «Дубна Левобережная». Результаты проведенных исследований могут быть использованы для обоснования хозяйственного освоения территории полигона твердых коммунальных отходов «Дубна Левобережная» после его рекультивации.
Ключевые слова: твердые коммунальные отходы, микробиологические показатели, урбаноземы, рекультивированный полигон, сапрофитные
микроорганизмы, микроскопические грибы, азотобактер, актиномицеты
В России ежегодно образуется около 63 млн т твердых коммунальных отходов, и около 95 % отходов направляются на свалки, которых
в России около 11 тысяч. На их территории захоронено около 82 млрд т
отходов [1]. Большинство объектов размещения отходов имеют длительный срок эксплуатации, а степень заполнения, как правило, превышает 80 %. Также значительное количество этих объектов не имеет проектной документации и не отвечает современным экологическим и санитарно-гигиеническим требованиям к объектам размещения отходов.
Большой интерес представляет хозяйственное освоение территории рекультивированных и подлежащих рекультивации свалок и полигонов твердых коммунальных отходов. Формирование свалочных грунтов на рекультивированных свалках твердых коммунальных отходов,
которые соответствуют по физико-химическим, санитарно-бактериологическим и микробиологическим показателям дерново-подзолистым
почвам или урбаноземам, позволит использовать эти территории для
хозяйственных целей, например для отсыпки дорог, в качестве рекультивационного материала и т.д. [2].
Цель работы заключалась в проведении микробиологической диагностики коммунальных бытовых отходов полигона «Дубна Левобе148
режная» для выявления и учета сформированных сообществ микроорганизмов, наличие которых свидетельствует об интенсивности, направленности микробиологических процессов и формировании свалочных
новообразований на объекте размещения отходов.
Объектом исследования являлись твердые коммунальные отходы
полигона «Дубна Левобережная», расположенного на территории города Дубна Московской области. Прием отходов на территорию свалки
прекращен с 2014 г. Эксплуатация длилась 49 лет.
Пробы твердых коммунальных отходов, отобранные на разных этапах жизненного цикла объектов размещения отходов, усредняли и из усредненных образцов готовили водные болтушки и водные вытяжки.
Для выявления и учета численности микроорганизмов использовали
методы прямого микроскопирования и метод посева на плотные питательные среды [4]. Приготовление питательных сред и культивирование
микроорганизмов представлено в лабораторных руководствах [3, 4].
Большой интерес представляет определение таких групп микроорганизмов, как сапрофитные микроорганизмы, гнилостные бактерии,
микроскопические грибы, азотфиксирующие бактерии и др., которые
участвуют в разложении твердых коммунальных отходов [3].
Для количественного учета микроорганизмов проводили посев
отобранных проб на селективные среды для разных групп микроорганизмов:
– сапрофитные бактерии – мясопептонный агар (МПА);
– азотфиксаторы – среда Эшби;
– гнилостные бактерии, выделяющие сероводород – среда Бейеринка;
– целлюлозоразрушающие (аэробные и анаэробные) – среда Гетчинсона (аэробные); среда Омелянского (анаэробные);
– метанобразующие бактерии – среда Романенко;
– актиномицеты – крахмало-аммиачный агар (КАА);
– микроскопические грибы – среда Чапека.
Для учета микрофлоры использовали разведения и посев на питательные среды путем инокуляции 0,1 мл исследуемой водной вытяжки и водной болтушки на плотную среду. Инокулированные
чашки помещали в термостат и выдерживали при температуре 37 °С.
Подсчет выросших колоний осуществляли через 10–15 суток инкубации – это время, необходимое для развития колоний микроорганизмов [3].
149
ТБО – это богатая питательная среда для развития сапрофитных
микроорганизмов, которая содержит в своем составе белки, жиры, углеводы, микро- и макроэлементы.
Сапрофитные микроорганизмы на полигоне ТБО участвуют как на
первой стадии биодеструкции – аэробное разложение, так и на второй
стадии – анаэробное разложение или ферментация. Выделенные на
МПА сапрофиты количественно изменяются в широких пределах –
от 0,07 ⋅ 108 до 4,75 ⋅ 108 КОЕ/мл.
Бактерии р. Azotobacter являются свободноживущими азотфиксаторами, которые способны использовать такие органические соединения, как моно- и дисахариды, полисахариды (декстрин, крахмал),
спирты, органические кислоты. Практическое значение имеет способность азотобактера расти на жирных кислотах (уксусной, масляной),
что важно на поздних этапах разложения отходов, поскольку жирные
кислоты образуются при микробиологическом разложении клетчатки.
В исследуемых образцах рост бактерий рода Azotobacter наблюдался во
всех пробах отходов.
Во всех опытных образцах обнаружены актиномицеты. Количество варьировалось от 1,94 ⋅ 106 до 4,76 ⋅ 106 КОЕ/мл. Одними из многочисленных групп микроорганизмов, участвующих в деструкции отходов, являлись микроскопические грибы. Рост микроскопических
грибов наблюдался во всех пробах.
В дальнейшем полученные данные планируется сравнить с дерново-подзолистыми почвами и урбаноземами для обоснования направленности микробиологических процессов и формирования свалочных
новообразований на объекте размещения отходов.
Список литературы
1. Инфографика. Пути отходов // Вокруг света. – 2012. – № 7. – С. 22.
2. Рудакова Л.В., Белик Е.С., Слюсарь Н.Н. Микробиологическая
оценка свалочных новообразований на рекультивированных свалках
твердых бытовых отходов // Вестник Казанского технологического
университета. – 2015. – Т. 18, № 13. – С. 230–234.
3. Практикум по микробиологии: учеб. пособие для студ. высш.
учеб. заведений / А.И. Нетрусов [и др.]. – М.: Академия, 2005. – 608 с.
4. Мирчик Т.Г. Почвенная микробиология. – М.: Изд-во МГУ, 1988. –
220 с.
150
Об авторах
Бурмистрова Маргарита Вячеславовна (Пермь, Россия) – студентка, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail:
karino4ko@mail.ru).
Морозова Татьяна Николаевна (Пермь, Россия) – студентка,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: morozova.
pstu@yandex.ru).
Белик Екатерина Сергеевна (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: zhdanova08@mail.ru).
151
УДК 628.16.081.3
ПРИМЕНЕНИЕ ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА
ПРИ ОЧИСТКЕ АММОНИЙСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД
ПРОИЗВОДСТВА ФТОРИСТЫХ СОЛЕЙ
О.М. Власова, Е.Н. Бессонова, И.С. Глушанкова
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Представлены результаты исследований по выбору сорбента для
очистки кислых сточных вод производства фторсолей. Установлено снижение концентрации ионов аммония в промышленных сточных водах, содержащих фторид-ионы, при применении в качестве сорбента природного
цеолита клиноптилолита Холинского месторождения.
Ключевые слова: сорбция, цеолит, клиноптилолит, аммонийсодержащие сточные воды производства фтористых солей.
Метод очистки природных и сточных вод от ионов аммония сорбционными материалами нашел широкое применение в пищевой промышленности, при подготовке котловой воды, при глубокой очистке
природных вод и т.д. [1–5]. При этом применяют синтетические органические ионообменные материалы и природные и синтетические неорганические сорбенты, такие как катионообменные органические смолы
различных типов, а также природные и синтетические цеолиты [1–5].
Степень очистки сточных вод от ионов NH4+ на сильнокислотных
катионообменных смолах в большой степени зависит от состава исходной воды, величины pH, а также определяется общей минерализацией
стоков. В связи с этим возникает необходимость дополнительной подготовки воды – корректировка рН, удаление солей жесткости, что повышает затраты предприятия при использовании указанных ионообменных материалов.
Природные цеолиты – это минералы из группы водных алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных элементов. В общем виде состав цеолитов может быть выражен формулой: MxDy[Alx + 2ySizO2x + 4y + 2z] ×
× nH2O, где M и D – одно- и двухвалентные катионы соответственно [6].
Кристаллическая структура цеолитов и химическое сродство ионов опре152
деляют ионообменные и сорбционные свойства этих материалов. Кроме
того, в отличие от органических смол, благодаря тому, что каркас цеолита имеет жесткую кристаллическую структуру, эти материалы не набухают с изменением объема. Для повышения сорбционной способности
природного сорбента также может применяться метод кислотной и щелочной активации [7].
В связи с тем что проблема очистки сточных вод предприятий химической отрасли, в частности производства аммонийсодержащих
фтористых солей, сегодня является актуальной проблемой, нами были
проведены исследования, целью которых было определение возможности применения сорбционных материалов для очистки сточных вод
указанного производства от ионов NH4+.
Для исследований статической сорбционной емкости были выбраны следующие сорбционные материалы: цеолит марки NaX, диатомит
(марки ОДМ-2Ф), образцы клиноптилолита Холинского месторождения – зерненый (ЦПЗ – цеолит природный зерненый) и порошкообразный (ЦПП), клиноптилолит Холинского месторождения предварительно обработанный раствором щелочи (10 %) (ЦПЩ) зерненый, активный уголь марки КАУ (кокосовый активный уголь). Предварительные
эксперименты показали, что в сильнокислых средах (рН = 1,5–2) степень извлечения ионов аммония не превышает 10–15 %, поэтому исследования сорбционной очистки проводили при величине рН модельных растворов 4,8–5,5. Корректировку рН проводили раствором гидроксида натрия. Рассмотрим методику проведения исследований по
определению статической сорбционной емкости.
В экспериментах использовали модельные растворы с концентрацией ионов аммония 15 и 25 мг/л, рН 5,5–6,0. К пробам воды объемом
200 мл добавляли 0,1, 0,2, 0,5 г образцов сорбентов, выдерживали при
перемешивании в течение 3 часов. После отстаивания или фильтрования определяли равновесную концентрацию ионов аммония.
Сорбционную емкость образцов определяли по формуле
A=
(C0 − C p )V
m
,
где С0 – исходная концентрация ионов аммония, г/дм3, V – объем обрабатываемого раствора, дм3; m – масса сорбента, г.
Результаты экспериментов по определению сорбционной емкости
выбранных материалов представлены в таблице.
153
Статическая сорбционная емкость образцов сорбентов
Сорбент
NaX
ОДМ-2Ф
КАУ
Емкость, мг/г
6
7
4
Сорбент
ЦПЗ
ЦПП
ЦПЩ
Емкость, мг/г
10
25
13
Как видно из представленных данных, наибольшей сорбционной
емкостью обладает образец клиноптилолита в порошкообразной форме. При концентрации ионов аммония 25 мг/л статическая сорбционная
емкость составила 25 мг/г.
В ряду зерненых образцов сорбентов наибольшей активностью обладают образцы природного цеолита – клиноптилолита. Предварительная обработка цеолита щелочным раствором позволила повысить сорбционную емкость на 30 %.
Для исследований процесса очистки сточных вод в динамическом режиме были выбраны зерненые образцы природных цеолитов – ЦПЗ и ЦПЩ.
Для дальнейших исследований процесса очистки сточных вод в динамическом режиме были выбраны наиболее эффективные зерненые образцы сорбентов: ЦПЗ и ЦПЩ. Эксперименты проводили в сорбционных колонках диаметром 0,8 мм, высота слоя сорбента 16 см, объем слоя
сорбента 8 см3, скорость фильтрации 0,6–0,65 м/час или 32–35 мл/час.
Концентрация ионов аммония в модельном растворе 5,0–5,5 мг/л.
Выходные кривые сорбции ионов на исследуемых образцах представлены на рис. 1 и 2.
Установлено, что в динамическом режиме в заданных условиях
объем очищенной сточной воды до проскока в фильтрат ионов аммония,
превышающем ПДК (0,5 мг/дм3) для образца ЦПЗ составил 1450 мл, для
образца ЦПЩ – 1050 мл, время фильтроцикла для образца ЦПЗ 48 часов,
для ЦПЩ – 33,5 часов.
Таким образом, проведенные исследования показали, что ионообменные и сорбционные материалы, в частности природный цеолит
клиноптилолит, могут применяться для очистки сточных вод производства фтористых солей от ионов NH4+. При этом наибольшую эффективность в динамическом режиме показал образец щелочно-активированного природного цеолита: при исходном содержании ионов аммония
в модельных мастворах 5–5,5 мг/дм3 происходило снижение концентрации ионов NH4+ до величины ПДКNH4+ для водоемов рыбохозяйственного назначения.
154
Рис. 1. Выходная кривая сорбции ионов аммония на природном
цеолите, предварительно обработанном 10 % NaOH (ЦПЩ)
Рис. 2. Выходная кривая адсорбции ионов аммония
на природном цеолите без предварительной активации
Список литературы
1. Пригун И.В., Краснов М.С. Технология удаления аммиака // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. – 2009. – № 8. – С. 36–42.
2. Горшунова В.П., Спиридонов Б.А., Федянин В.И. Сорбция аммиака пористым оксидом алюминия, модифицированным наночастицами некоторых переходных металлов // Вестник ВГТУ. – Т. 5, № 12. –
С. 136–137.
3. Никашина В.А., Серова И.Б., Кац Э.М. Очистка артезианской
питьевой воды от ионов аммония на природном клиноптилолитсодержащем туфе. Математическое моделирование и расчет процесса сорбции // Сорбционные и хроматографические. процессы. – 2008. – Т. 8. –
Вып. 1. – С. 23–29.
4. Извлечение аммонийного азота из воды поверхностного водоисточника с использованием порошкообразных цеолитов / А.А. Беляк,
М.М. Герасимов, О.А. Гусева, А.Д. Смирнов // Водоснабжение и санитарная техника. – 2013. – № 11. – С. 32–38.
155
5. Гречушкин А., Синакова Е. Удаление аммония в производстве
бутилированной воды // Индустрия напитков. – 2011. – № 6. – С. 28–31.
6. Ерёмин. Н.И. Неметаллические полезные ископаемые: учеб. пособие. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Изд-во МГУ; Академкнига, 2007. – 459 с.
7. Кинетика и сорбционное равновесие ионов аммония на природном и кислотно-активированном алюмосиликатном сорбенте М45К20 /
Лы Тхи Иен, В.Ю. Хохлов, В.Ф. Селеменев, Л.И. Бельчинская // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2011. – Т. 11. – Вып. 3. –
С. 382–390.
Об авторах
Власова Ольга Михайловна (Пермь, Россия) – студентка, Пермский
национальный исследовательский политехнический университет (614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: vlasovaolgazos-12@ya.ru).
Бессонова Елена Николаевна (Пермь, Россия) – ассистент кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: el-81@yandex.ru).
Глушанкова Ирина Самуиловна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет
(614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: irina_chem@mail.ru).
156
УДК 614.715 613.633
МЕЛКОДИСПЕРСНЫЕ ЧАСТИЦЫ PM2.5 И PM10
В ВЫБРОСАХ АВТОТРАНСПОРТА
М.В. Волкова, Т.С. Уланова
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Охарактеризован автотранспорт как один из основных источников
выбросов мелкодисперсных частиц фракций PM2,5 и PM10 в атмосферный
воздух урбанизированных территорий.
Ключевые слова: мелкодисперсные частицы, PM2,5, PM10, атмосферный воздух, автотранспорт, лазерная нефелометрия.
Транспорт наряду с промышленностью и сельским хозяйством является источником загрязнений окружающей среды. В условиях возрастающих темпов урбанизации, увеличивающемся количестве автотранспорта на долю транспортного комплекса может приходиться до
90 % от всех загрязнений. Автомобильный транспорт загрязняет главным образом атмосферу, однако вследствие оседания частиц загрязняющие вещества могут поступать в почву и водные источники.
К основным загрязняющим веществам, образующимся в процессе
работы двигателей, относятся сажа, углекислый газ, оксиды азота, углеводороды, бенз(а)пирен, альдегиды и т.д. [1]. Многие из веществ, содержащихся в выбросах автотранспорта, являются токсичными, некоторые обладают канцерогенными свойствами (бенз(а)пирен). Помимо
ущерба здоровью, к неблагоприятным эффектам также можно отнести
ухудшение видимости, ущерб растениям, влияние на климат (парниковые газы) и т.д. [2].
Токсичные вещества, выделяющиеся в составе выхлопных газов,
имеют небольшой размер, в них присутствуют частицы размерами менее
10 мкм. Частицы данного размера и менее относятся к респирабельным,
могут проникать в легкие и вызывать ряд заболеваний или обострять
уже имеющиеся [3, 4]. За счет своих аэродинамических свойств мелкодисперсные частицы долго не оседают и могут переноситься на большие
расстояния [5]. Помимо непосредственного выброса частиц в результате
157
сгорания топлива в двигателе, мелкодисперсные частицы могут образовываться также при износе автодорожного полотна и шин.
В России в качестве показателей для нормирования выбраны фракции частиц менее 2,5 мкм и менее 10 мкм – PM2,5 и PM10 соответственно.
Для оценки рациональности размещения дорожно-транспортной
сети и загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсными частицами можно использовать метод лазерной нефелометрии, реализованный
в анализаторе DustTrak 8533. Прибор позволяет в онлайн-режиме определять концентрации частиц PM1, PM2,5, PM4 и PM10. В таблице приведены результаты замеров атмосферного воздуха вблизи автодорог
в г. Чусовом (Пермский край). Период осреднения 20 минут.
Результаты определения концентрации мелкодисперсных
частиц вблизи автодорог в г. Чусовом
Места наблюдения
Точка 1
Точка 2
Точка 3
ПДК максимальная разовая*
Концентрация PM2,5, мг/м3 Концентрация PM10, мг/м3
0,160
0,300
0,034
0,050
0,118
0,243
0,057
0,094
*Согласно дополнению № 8 к ГН 2.1.6.1338–03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест». Утв. постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 19.04.2010 г. № 26.
В процессе исследования превышения предельно допустимой концентрации не обнаружено.
Исследования атмосферного воздуха вблизи дорог необходимо
проводить в различное время суток, чтобы учесть различные состояния
транспортного потока. Результаты следует соотносить с предельно допустимыми концентрациями веществ. Превышающие ПДК результаты
замеров могут служить в качестве индикатора необходимости принятия
мер по снижению загрязнения окружающей среды выбросами автотранспорта.
К данным мерам, например, можно отнести:
– использование альтернативных видов топлива (электроэнергия,
солнечная энергия, газ);
– использование различных нейтрализаторов выбросов токсичных
веществ;
– регулирование транспортного потока и разгрузка дорожнотранспортной сети.
158
Список литературы
1. Аксенов И.Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей
среды. – М.: Транспорт. 1986. – 176 c.
2. Junji Cao, Judith Chow, Frank Lee, John Watson. Evolution of PM2.5
Measurements and Standards in the U.S. and Future Perspectives for China //
Aerosol and Air Quality Research. – 2013. – No. 13. – P. 1197–1211.
3. Тертишников И.В. Совершенствование методов экологического
мониторинга пылевого загрязнения воздушной среды в жилых зонах
при суммарном воздействии промышленных предприятий: автореф.
дис. … канд. техн. наук. – Волгоград, 2012. – 20 с.
4. Cormier S.A., Lomnicki S., Backes W., Dellinger B. Origin and
health impacts of emissions of toxic by-products and fine particles from
combustion and thermal treatment of hazardous wastes and materials // Environ. Health Perspect. – 2006. – № 114. – P. 810–817.
5. Голохваст К.С. Нано- и микроразмерные частицы атмосферных
взвесей и их экологический эффект (на примере городов юга дальнего
востока): дис. … д-ра биол. наук. – Владивосток. 2014. – 310 с.
Об авторах
Волкова Марина Валерьевна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (e-mail: mari_703@mail.ru).
Уланова Татьяна Сергеевна (Пермь, Россия) – доктор биологических наук, профессор кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет
(e-mail: ulanova@fcrisk.ru).
159
УДК 628.547.2
РЕЗУЛЬТАТЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
ТРАНСПОРТНОГО ШУМА В Г. ПЕРМИ
О.А. Галкина
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Показана актуальность оценки шумового воздействия в центральных районах города. Проведены замеры транспортного шума в соответствии с нормативными документами. По результатам измерений установлены уровни шума, способные вызвать негативные эффекты в состоянии здоровья населения.
Ключевые слова: транспорт, уровень шума, городской шум, измерения.
В современных крупных городах шум является одним из наиболее
распространенных видов загрязнения окружающей среды, непрерывно
воздействующих на жизнедеятельность человека. Проблеме защиты от
повышенного шума уделяется серьезное внимание во всём мире. В отличие от стран ЕС, США и др., где существует тенденция постепенного
снижения уровня шума, воздействующего на население, в России наблюдается рост акустического загрязнения, достигающего в крупных
городах опасных для здоровья населения уровней [1].
Действие шума на организм человека не ограничивается только
воздействием на орган слуха. В ряде эпидемиологических исследований установлено, что уровни шума до 60 дБА влияют на нервную систему, вызывают беспокойство, раздражительность, агрессивность.
Хроническое воздействие уровней шума 60–70 дБА приводит к снижению качества отдыха, ухудшению работоспособности и умственной
активности, нарушению сна и способствует возникновению ряда заболеваний сердечно-сосудистой и нервной систем, а также вызывает развитие профессионального заболевания – «шумовой болезни».
Источники городского шумового воздействия включают стационарные (источники шума промышленных производств, коммунально-бытовой сферы) и передвижные источники (транспорт всех видов). Значимым
по уровню и вносящим наибольший вклад в акустическое загрязнение го160
родской среды является транспортный шум. Наиболее значимым источником шума является автомобильный транспорт (вклад в акустическое
загрязнение крупных городов составляет до 80 %), который характеризуется постоянно увеличивающимся количеством транспортных средств
и значительной протяженностью автомобильных дорог [2].
Таким образом, исследование воздействия шумового фактора на население современного крупного города более чем актуально. Цель исследования – оценка на базе инструментальных измерений уровней
транспортного шума как фактора риска для здоровья населения города
Перми. В качестве объекта исследования был рассмотрен город Пермь –
крупный краевой центр, характеризующийся большой загруженностью
городской транспортной сети и особенностями застройки жилых кварталов. Жилая застройка характеризуется близостью расположения к дорогам жилых домов, детских садов, школ, вследствие чего жители таких
районов могут попасть в зону акустического дискомфорта.
В рамках исследования была оценена центральная часть города
Перми (участок, ограниченный с севера на юг улицами Окулова, Подгорная, шоссе Космонавтов, Революции, Островского; с запада на восток от площади Гайдара до Северной Дамбы). На исследуемом участке
расположены жилые дома, объекты культурно-бытового назначения,
большая зона отдыха горожан – эспланада и площадь перед театром
и т.п. Общая площадь участка составляет приблизительно 10 кв. км.
Участок характеризуется постоянным присутствием большого количества жителей и наличием крупных транспортных магистралей с высокой интенсивностью транспортных потоков.
В данном исследовании измерения эквивалентного и максимального уровней звука проводились с 09.00 до 18.00 часов в соответствии
с ГОСТ 20444–85 «Шум. Транспортные потоки. Методы определения
шумовой характеристики». Непосредственно шум от автотранспорта,
трамваев и троллейбусов измеряли в точках, располагающихся на обочине на расстоянии 7,5 м от оси ближней к точке измерения полосы
движения транспортных средств на высоте 1,5 м от уровня дорожного
покрытия. Измерения проводили при хорошей погоде (отсутствие дождя, тумана, осадков) и скорости ветра не более 5 м/c. Время измерений
составило от 10 до 30 мин в зависимости от количества прошедших за
это время транспортных единиц: для автотранспорта – 200 ед, для
троллейбусов и трамваев – 20 ед. Измерения проводились в 138 точках
на пересечении центральных улиц города.
161
Измерения уровней шума проводились анализатором шума и вибрации «АССИСТЕНТ», изготовленным приборостроительной компанией «НТМ-Защита». Принимали во внимание, что предельно допустимыми уровнями шума (ПДУ) для дневного времени суток для эквивалентного уровня звука является уровень 55 дБА (Lэкв), для максимального
уровня звука – 70 дБА (Lmax)1.
В результате инструментальных измерений были установлены
средневзвешенные уровни шума. Полученные значения находились
в диапазоне от 65,9 до 70,2 дБА для эквивалентного уровня звука и от
68,6 до 73,8 дБА для максимального уровня звука. Свыше половины
(51 %) от общего числа контрольных точек характеризуются уровнем
шума, превышающим 70 дБА, и 29 % – уровнем 65–70 дБА. Данные
уровни шума при хроническом воздействии способны влиять на систему кровообращения. Уровни шума 60 дБА и менее, обнаруженные
в 20 % от общего числа контрольных точек, способны вызывать нарушения в нервной системе.
В табл. 1 представлены возможные нарушения состояния здоровья
на различных участках исследуемой территории (% точек), связанные с
действием эквивалентного шума определенных пороговых уровней (по
литературным данным).
Таблица 1
Влияние уровней шума на здоровье человека
Поражаемые
органы
и системы
Нарушения
здоровья
Когнитивные
Нервная
нарушения
система
Вегето-сосудистая
дистония
Повышение кровяного
давления неспецифическое
Система
кровообращения Ишемическая болезнь
сердца
Инфаркт миокарда
1
Порог шума, превы- Процент точек
шение которого может с превышением
вызвать нарушения
порогового
здоровья, дБА [3, 4]
значения, %
<60
9
60
11
65
29
70
51
СН 2.2.4/2.1.2.562 96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. М., 1996.
162
Выявлено, что в зонах акустического дискомфорта с уровнем шума
до 73,8 дБА расположена селитебная территория, на которой ориентировочно постоянно проживает около 200 000 человек. Наибольшей шумовой нагрузке подвергаются жители домов, расположенных на центральных улицах города (ул. Монастырская, ул. Ленина, ул. Петропавловская,
ул. Большевистская, ул. Луначарского, ул. Куйбышева, ул. Попова, Комсомольский проспект) и их пересечениях.
Почасовая динамика шумовой ситуации центральной части города,
находящейся в зоне шумового воздействия автотранспортных потоков,
представлена в табл. 2.
Таблица 2
Почасовая динамика шумовой ситуации в центральной
части г. Перми
Уровень звука
Эквивалентный
Lэкв, дБА
Максимальный
Lmax, дБА
11 –
1200
12 –
1300
Время измерений
1300– 1400– 1500–
1400
1500
1600
68,39
69,48
69,58
69,27
70,24
67,95
65,89
70,03
70,79
72,13
71,25
73,80
71,29
68,59
00
00
1600–
1700
1700–
1800
Из данных таблицы следует, что среднее значение эквивалентного
уровня звука за все время измерений составляет 68,93 дБА, среднее
значение максимального уровня звука – 71,87 дБА.
Проведенные исследования показали, что население, проживающее в условиях крупного города, постоянно подвергается воздействию транспортного шума. В целом параметры измеренного шума во
всех контрольных точках превышают уровни, при которых, по данным научной литературы, могут возникать негативные эффекты в состоянии здоровья населения, в том числе в отношении центральной
нервной и сердечно-сосудистой систем, органов слуха. Данное исследование доказывает актуальность проблемы шумового загрязнения
крупных городов и обусловливает необходимость осуществления постоянного мониторинга акустической обстановки и внедрения шумозащитных мероприятий.
163
Список литературы
1. Буторина М.В., Иванов Н.И., Минина Н.Н. Проблема снижения
шума, воздействующего на население // Защита населения от повышенного шумового воздействия: сб. докл. II Всерос. науч.-практ. конф.
с междунар. участием; под ред. Н.И. Иванова. – СПб.: ИННОВА,
2014. – С. 36–66.
2. Иванов Н.И. Проблема повышенного шумового воздействия на
население РФ // Защита населения от повышенного шумового воздействия: материалы всерос. науч-практ. конф., Санкт-Петербург, 21–22 марта
2006 г. / отв. ред. Н.И. Иванов. – СПб.: ИННОВА, 2006. – С. 17–26.
3. Acute effects of night-time noise exposure on blood pressure in populations living near airports / A.S. Haralabidis, K. Dimakopoulou, F. VignaTaglianti, M. Giampaolo, A. Borgini, M.-L. Dudley, G. Pershagen, G. Bluhm,
D. Houthuijs, W. Babisch, M. Velonakis, K. Katsouyanni, L. Jarup // European Heart Journal. – 2008. – March. – Vol. 29, iss. 5. – P. 658–664.
Об авторах
Галкина Ольга Александровна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; е-mail: galkina.perm@yandex.ru).
164
УДК 628.316.12
ОЦЕНКА ПРИМЕНИМОСТИ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ
ОБРАЗЦОВ ГРАНУЛИРОВАННЫХ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ
В СИСТЕМАХ ВОДОПОДГОТОВКИ И ОЧИСТКИ
ПРИРОДНЫХ ВОД
И.С. Глушанкова, А.С. Атанова, Е.Е. Гарибзянова,
А.В. Мясникова, А.К. Шутова
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Представлены обобщенные результаты исследования наиболее важных физико-химических и сорбционных характеристик опытно-промышленных характеристик гранулированных активных углей типа АГ-3, АГ-5,
полученных из природного сырья на основе каменного угля марки «Т», предоставленных ОАО «Сорбент» (г. Пермь). Установлено, что исследуемые
активные угли имеют бидисперсную пористую структуру и способны к
сорбции как низкомолекулярных соединений, так и ассоциированных молекул, эмульгированных примесей. Проведенный эксперимент показал высокую эффективность использования АУ марок КАУ и АГ-3 для очистки воды от хлорорганических соединений.
Анализ полученных результатов позволяет оценить эффективность
работы опытно-промышленных образцов АУ для использования в системах водоподготовки и очистке природных вод.
Ключевые слова: эффективность, очистка природных вод, гранулированные активные угли, сорбционная активность.
Практика очистки в системах водоподготовки и природных вод показывает, что часто достичь необходимого качества воды до нормативного
уровня не представляется возможным без применения сорбционных технологий с применением в качестве сорбентов активных углей (АУ) [1–3].
Гранулированные активные угли (ГАУ) находят широкое применение в водоподготовке как при подготовке воды на водоочистных
станциях, так и для доочистки питьевой воды центрального водоснабжения [4–7].
На одном из пермских предприятий, которое специализируется на
производстве АУ различных марок, на пилотной установке были полу165
чены опытно-промышленные партии гранулированных активных углей
типа АГ-3, АГ-5 на основе каменных углей марки «Т».
Эффективность очистки зависит прежде всего от технических, эксплуатационных характеристик, пористой структуры АУ, определяющей
их сорбционную активность.
В лаборатории на базе кафедры охраны окружающей среды
(ПНИПУ) для оценки эффективности работы углеродных сорбентов
проведены комплексные экспериментальные исследования, включающие определение:
– основных физико-химических свойств образцов АУ, имеющих
значение при выборе сорбента для очистки сточных вод (насыпная
плотность, прочность, параметры пористой структуры, содержание
общей и водорастворимой золы, рН водной вытяжки);
– сорбционной активности ГАУ в динамическом режиме с использованием воды из пермского водопровода с целью ее очистки от хлороформа и других органических примесей.
На первой стадии исследования определяли параметры пористой
структуры на анализаторе сорбции газов NOVA 1200е фирмы Quantachrome. Исследования физико-химических образцов АУ определяли по
стандартным методикам, принятым в сорбционной технике: насыпная
плотность по ГОСТ 16190-70, содержание золы по ГОСТ 55960-2014.
Суммарный объем пор по влагоемкости в соответствии с ГОСТ 17219-71.
Сорбционную активность образцов АУ характеризовали емкостью по
йоду ГОСТ 6217-74 и по красителю метиленовому голубому ГОСТ
4453-74. Также определяли активность по парам бензола (методика,
описанная Ю.Ю. Лурье) и катионообменную емкость АУ и др.
Проведенные исследования физико-химических и сорбционных
показателей образцов ГАУ позволили установить высокое содержание
золы АУ марок АГ-3 и АГ-5 и –14,2 и 12 % соответственно (при этом
содержание водорастворимой золы составляет 4,2 и 2,2 %).
Известно, что сорбционная активность по йоду (диаметр молекулы
йода 0,56 нм) позволяет оценить объем микропор, ответственный за
адсорбционную емкость АУ в отношении молекул небольших размеров. Адсорбционная активность по МГ (размер молекулы МГ 1,7 нм)
характеризует способность АУ к сорбции ПАВ, нефтепродуктов, коллоидных соединений [8–9].
Анализ полученных данных показал, что образцы ГАУ обладают
высокой адсорбционной активностью по йоду и метиленовому голубо166
му, что свидетельствует о наличии бидисперсной пористой структуры
в АУ, и способны к сорбции как низкомолекулярных соединений, так
и ассоциированных молекул, эмульгированных примесей.
На второй стадии исследования проводили испытания по очистке
воды от хлороформа на реальной воде пермского водопровода на АУ
марок АГ-3, АГ-5 и КАУ в динамическом режиме в сорбционных колонках диаметром 10 мм (внутренний диаметр 8 мм) и высотой слоя
сорбента 30–35 см, при этом объем слоя сорбента составлял 15–18 см3.
Масса сорбента составляла 7,5 г, скорость фильтрации 3–5 м/час или
150–250 мл/час. Содержание хлороформа определялось на газовом
хроматографе. В период исследований концентрация хлороформа
в воде составляла 70–90 мкг/л. Процесс очистки проводили до содержания хлороформа в фильтрате 50 мкг/л. По полученным данным
строили выходные кривые сорбции и определяли динамическую емкость сорбентов.
Анализ полученных данных показал, что при сорбции хлороформа, эффективный диаметр молекулы которого составляет 0,46 нм,
превалирующую роль играет не столько объем, сколько размер микропор. Установлена зависимость динамической емкости АУ, рассчитанная на единицу объема микропор, от размера микропор. Эта зависимость носит обратно пропорциональный характер: с уменьшением
размера микропор сорбционная емкость углеродных материалов по
хлороформу возрастает.
При извлечении микродоз хлороформа на сорбентах с различными
размерами микропор наблюдается ситовой эффект: в порах, соизмеримых
с молекулами хлороформа, сорбция протекает по объемному механизму,
в более крупных порах молекулы могут адсорбироваться по полимолекулярному механизму, что приводит к снижению емкости АУ.
Проведенный эксперимент показал высокую эффективность использования АУ марок КАУ и АГ-3 для очистки воды от хлорорганических соединений.
Часто возникает задача локальной очистки воды непосредственно
из открытых источников. В этом случае также возможно использование
АУ. Проведен эксперимент по возможности использования АУ марок
АГ-3, АГ-3 и КАУ для локальной очистки природной воды от окрашенных и других органических примесей.
Для проведения испытаний была использована природная вода
р. Кама (пробы воды отобраны в Кировском районе г. Перми, пос.Крым).
167
Для оценки эффективности очистки воды на АУ были выбраны
следующие показатели: ПМО – перманганатная окисляемость (мгО/л)
и цветность, ед. Цо. Показатели определяли по стандартным методикам, принятым в практике водоочистки. Состав исходной воды: ПМО –
14,2 мг/л, цветность – 80 Цо.
В процессе исследований определяли емкость АУ и ресурс слоя
сорбента по объему очищенной воды до нормативных требований
(ПМО – 5 мг/л, цветность – 10–20 Цо), а также дозу АУ, необходимую
для очистки 2 л воды.
Результаты проведенных испытаний показывают, что наибольшей
сорбционной активностью обладает АУ марки АГ-5, минимальная доза
для очистки 1 литра воды составляет 1,75 г. Выявлена линейная зависимость сорбционной емкости от размера микропор. Для очистки от гуминовых соединений целесообразно использовать крупнопористые углеродные сорбенты.
Выводы
Проведенные испытания позволили оценить эффективность использования опытно-промышленных образцов ГАУ – АГ-3, АГ-5 и КАУ
в технологиях очистки природных и сточных вод и определить требования к их пористой структуре и физико-химическим характеристикам.
Установлена зависимость сорбционной емкости ГАУ – АГ-3 и АГ-5 от
объема и размера микропор.
При испытаниях образцов ГАУ для очистки природной воды, содержащей окрашенные гуминовые соединения, выявлена линейная зависимость сорбционной емкости от размера микропор. Для очистки от
гуминовых соединений целесообразно использовать крупнопористые
углеродные сорбенты.
Объекты испытания опытно-промышленных образцов ГАУ – АГ-3
и АГ-5 – могут быть рекомендованы для использования в очистке природных вод и в водоподготовке для извлечения хлорсодержащих органических соединений.
Список литературы
1. Кинле Х., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение. – Л.: Химия, 1984. – 216 с.
2. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении / А.М. Когановский, Н.А. Клименко, Т.М. Левченко [и др.]. –
М.: Химия, 1983. – 288 с.
168
3. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. – Л.: Химия, 1990. – 176 с.
4. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. – М., 1984. – 592 с.
5. Рябчиков Б.Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. – М.: ДеЛи принт, 2004. – 167 с.
6. Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод: учеб. пособие. – М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2009. – 760 с.
7. Маликов И.Н., Кураков Ю.Н., Свиридова А.Н. Углеродные сорбенты в промышленности//Современные тенденции развития науки
и технологий. – 2015. – № 6. – С. 74–78.
8. Когановский А.М. Адсорбция и ионный обмен в процессах водоподготовки и очистки сточных вод. – Киев: Наук. думка, 1983. – 240 с.
9. Яковлев В.С. Хранение нефтепродуктов. Проблемы защиты окружающей среды. – М.: Химия, 1987. – 152 с.
Об авторах
Глушанкова Ирина Самуиловна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
(614999, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: irina_chem@mail.ru).
Атанова Анна Сергеевна (Пермь, Россия) – аспирантка кафедры
«Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614999, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: atanovaas@yandex.ru).
Гарибзянова Екатерина Емельяновна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный
исследовательский политехнический университет (614999, г. Пермь,
Комсомольский пр., 29; e-mail: garibzyanova.ekaterina@gmail.com).
Мясникова Анна Владимировна (Пермь, Россия) – магистрант
кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614999, г. Пермь,
Комсомольский пр., 29; e-mail: m1k1@bk.ru).
Шутова Анастасия Константиновна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный
исследовательский политехнический университет (614999, г. Пермь,
Комсомольский пр., 29; e-mail: ak.shutova@mail.ru).
169
УДК: 628.16.094.3
ПРИМЕНЕНИЕ РЕАГЕНТНОГО МЕТОДА
ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА
ФТОРИСТЫХ СОЛЕЙ ОТ ИОНОВ АММОНИЯ
С.Ф. Давлетова, Е.Н. Бессонова, И.С. Глушанкова
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Представлены результаты исследования по реагентной очистке кислых сточных вод производства фтористых солей от ионов NH4+. Установлена возможность очистки сточных вод окислительными методами
с использованием в качестве окислителя раствора гипохлорита натрия,
определено оптимальное соотношение реагентов.
Ключевые слова: аммонийсодержащие сточные воды, реагентная
очистка производство фтористых солей.
Значительное разнообразие соединений фтора, их свойства и реакционная способность находят в современной промышленности широкое применение, что обусловливает активное развитие химических
предприятий по производству фтористых солей. В зависимости от ассортимента производимой продукции сточные воды указанных предприятий могут содержать значительное количество загрязняющих веществ, в том числе ионы PO43–, SO42–, Cl–, NH4+ и др.
Традиционным методом очистки промышленных сточных вод на
общезаводских очистных сооружениях является их нейтрализация известковым молоком. При этом процессы нейтрализации протекают согласно следующим реакциям:
CaO + 2F– + H2O → CaF2↓ + 2OH–
3CaO + 2PO43– + 3H2O → Ca3(PO4)2↓+ 6OH–
CaO + SO42– + H2O → CaSO4↓+ 2OH–
Как видно, нейтрализация известковым молоком не обеспечивает
очистку сточных вод от ионов аммония. Согласно Приказу Росрыболовства от 18.01.2010 № 20 и СанПиН 2.1.5.980-00 ПДК ионов NH4+
в водных объектах рыбохозяйственного назначения составляет 0,5 мг/дм3,
170
однако при производстве аммонийных солей содержание ионов NH4+
в сточных водах может составлять более 20 мг/дм3, что значительно
превышает значения ПДК. Такие особенности, как многокомпонентный состав, высокая минерализация, а также значительные колебания
рН усложняют задачу очистки сточных вод до нормативных значений
от загрязнителей, в том числе от ионов NH4+.
В связи с этим необходим поиск эффективных методов очистки
промышленных сточных вод производства фтористых солей от ионов
NH4+ до нормативных значений.
В качестве одного из методов очистки сточных вод был выбран
окислительный реагентный метод, нашедший применение в практике
очистки производственных сточных вод [1–4]. В этом методе аммонийный азот окисляется гипохлоритом натрия или кальция до азота.
Реакции, протекающие при этом, могут быть показаны следующим образом (в зависимости от рН):
2 NH4+ + 3ClO– + 6H+ → N2 + 8H+ + 3Cl– +3H2O
2 NH4+ + 3ClO– + 2ОН– → N2 + 5Cl– +5H2O
Нами был проведен ряд экспериментов по исследованию возможности применения окислительных методов очистки с использованием в качестве окислителя раствора гипохлорита натрия, определению оптимальных дозы реагента и длительности обработки.
Исследования проводили на модельных растворах с содержанием
ионов аммония 5, 10 и 15 мг/л, приготовленных с использованием сточной воды предприятия по производству фтористых солей. В качестве
окислителя использовали раствор гипохлорита натрия с концентрацией
активного хлора 1,42 г/л, полученный при разбавлении хлорсодержащего продукта «Белизна».
В ходе экспериментов определялось оптимальное массовое соотношение NH4+:ClO–, рН сточной воды.
В экспериментах к 100 мл модельного раствора добавляли необходимый объем раствора гипохлорита натрия для получения массовых
соотношений NH4+:ClO– 1:4, 1:6 и 1:8. При обработке раствора в щелочной среде коррекцию рН проводили добавлением к модельному
раствору 4 н раствора гидроксида натрия. Продолжительность обработки составляла 60 мин.
В обработанных растворах определялось содержание ионов аммония по ПНД Ф 14.1:2.1-95 «Количественный химический анализ вод.
171
Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов аммония в природных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Несслера».
Результаты исследований представлены в на рис. 1–3.
Рис. 1. Концентрации ионов аммония после применения
реагентной очистки (модельный раствор содержал 5 мг/дм3 NH4+)
Рис. 2. Концентрации ионов аммония после применения
реагентной очистки (модельный раствор содержал 10 мг/дм3 NH4+)
Рис. 3. Концентрации ионов аммония после применения
реагентной очистки (модельный раствор содержал 15 мг/дм3 NH4+)
172
Таким образом, установлено, что процесс очистки производственных кислых вод наиболее эффективно протекает в слабощелочной среде.
При низкой концентрации ионов аммония (5 мг/л) степень очистки до
ПДК достигается при массовом соотношении NH4+:ClO– = 1:4, что соответствует эквивалентному, при концентрации ионов аммония 10,15 мг/л
оптимальное массовое соотношение NH4+:ClO– составляет 1:6 (избыток
по отношению к эквивалентному соотношению – 30 %).
Список литературы
1. Лобанов С.А., Пойлов В.З., Софронова А.В. Очистка сточных вод
от ионов аммония методом окисления // Журнал прикладной химии. –
2006. – Т. 79, № 10. – С. 1638–1641.
2. Пат. 2253626 Российская Федерация, МПК7 C02F1/76, C02F1/76,
C02F101: 16. Способ очистки сточных вод от ионов аммония / Пойлов В.З.,
Коноплев Е.В., Тимаков М.В., Софронова А.В., Лобанов С.А. Заявл.
2003137269/15; опубл. 24.12.2003.
3. Кудрявский Ю.П. Особенности химических процессов обезвреживания аммонийсодержащих растворов и сточных вод гипохлоритными пульпами, образующимися при очистке отходящих газов от хлора
известковым молоком // Современные наукоемкие технологии. – 2008. –
№ 1. – C. 15–19.
4. Кудрявский Ю.П. Обезвреживание аммонийсодержащих отходов // Цветная металлургия. – 1997. – № 8–9. – С. 46–48.
Об авторах
Давлетова Сюзанна Фидаилевна (Пермь, Россия) – студентка,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: tatarkus@
yandex.ru).
Бессонова Елена Николаевна (Пермь, Россия) – ассистент кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: el-81@yandex.ru).
Глушанкова Ирина Самуиловна (Пермь, Россия) – профессор
кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: irina_chem@mail.ru).
173
УДК 676.08: 628.35
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ОЧИСТКИ
СТОЧНЫХ ВОД ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
Ю.М. Залевская, Е.С. Белик
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Выделены специфические особенности очистки сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий. Рассмотрена схема биологической очистки
сточных вод. Представлена характеристика препаратов, предназначенных для очистки сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности.
Ключевые слова: целлюлозно-бумажная промышленность, биологические препараты, сточные воды, органическое загрязнение, система очистки стоков, трудноокисляемые органические вещества.
Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) является ведущей
отраслью лесной индустрии и объединяет технологические процессы
получения целлюлозы, изготовления картона, бумаги и бумажнокартонных изделий. При получении целлюлозы и производстве бумаги
на предприятиях ЦБП образуется большой объем сточных вод.
Как правило, загрязнители в сточных водах на 90 % состоят из органических веществ и на 10 % – из неорганических. В образовавшихся
сточных водах высокое содержание, моно- и полисахаридов, а также
продуктов распада сахаров, кроме того, в них определяются частицы
смол, белков, уксусной кислоты [1]. Все это отражается на качественных характеристиках вод, которые чаще всего не соответствуют принятым нормативам.
Традиционная схема очистки сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной отрасли не позволяет решить проблему. Для интенсификации очистки сточных вод ЦБП используют биологические препараты, которые различны по составу, диапазону действия, эффективности
и стоимости.
При разработке эффективной системы очистки сточных вод важно
учесть определенные специфические особенности целлюлозно-бумажной промышленности. К таковым относятся наличие в стоках волокни174
стых примесей, легко и труноокисляемых органических соединений,
а также повышенная температура сточных вод [2].
Волокна, собирающие на своей поверхности газы и органические
молекулы крупного размера, усложняют промывку, меняют состав волокнистых примесей. Эти явления могут привести к образованию слизеобразующих микроорганизмов.
Трудноокисляемая органика практически не поддается стандартной системе очистки, поэтому возникает необходимость создания комбинированных методов очистки либо специальных консорциумов микроорганизмов.
На рисунке представлена схема очистки стоков целлюлозно-бумажного производства в аэротенках. Схема включает следующие этапы очистки: осветление сточной воды в первичном отстойнике, усреднение реакции
среды и отдувку токсичных газов, нейтрализация и добавка солей азота
и фосфара, биооксисление в аэротенке, осаждение активного ила во вторичном отстойнике, регенерация активного ила и возврат его в аэротенк.
Первая фаза биологического окисления – сорбция органического
вещества. Осуществляется в аэротенке в момент смешивания сточной
воды с активным илом. Здесь же начинается вторая фаза – окисление
сорбированного органического вещества. Полное завершение этой фазы и восстановление сорбционной способности активного ила происходят в регенераторе при продувке ила воздухом [3].
Рис. Схема биологической очистки сточных вод целлюлозно-бумажного
комбината: 1 – первичный отстойник; 2 – усреднитель; 3 – преаэратор;
4 – аэротенк; 5 – регенератор; 6 – вторичный отстойник
175
Описанная система биологической очистки очень популярна, но в настоящее время в связи с широким применением различных химических
соединений, модифицированных продуктов (модифицированный крахмал), используемых для ускорения процесса и усовершенствования качества продукции, недостаточно эффективна, так как образуются трудноразлагаемые органические соединения [4].
Решением возникшей проблемы активно занимаются зарубежные
производители и успешно используют свою продукцию. В рамках нашей
работы мы ознакомились с наиболее популярными в мире биологическими препаратами, направленными на устранение органического загрязнения в очищенных сточных водах ЦБП [5] (таблица).
Характеристика биопрепаратов, применяемых
для очистки сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий
Наименование
Состав
BioRemove
5600
Микроскопические
грибы
Смесь специальных
Bacti-Bio анаэробных и аэробных
9800
штаммов микроорганизмов (3.5 · 109 КОЕ/г)
Bacti-Bio
9500
AquaClean
ACF-32
Микропан
комплекс
(Micropan
Complex)
176
Консорциум штаммов
микроорганизмов
(2 · 109 КОЕ/г)
Назначение
Стоимость
Производитель
Возможность удаления сложных
Novozymes
органических со- 3436 руб.
(Дания)
единений, мутности
www.novozymes.com
и цвета
Полное удаление
A&V Envirotech
жиров и других
(США)
4700 руб.
органических
www.avenvirotech.com
отложений
Полное удаление
A&V Envirotech
жиров и других
4100 руб.
(США)
органических
www.avenvirotech.com
отложений
Смесь аэробных, анаэробных, факультативУменьшает рост
ных, хемотрофных
водорослей, процесс
и фотосинтетических
Ecological Laboratories
нитрификации,
бактерий, а также спе3400 руб.
(США)
а также процесс
циализированных
www.microbelift.com
разложения органиферментов и питательческих отходов
ных веществ
(3,87 · 108 КОЕ/ мл)
Ламинария; багряные Ускоряет и оптимиморские водоросли ли- зирует процессы
тотамнии; минеральные биологической очиEUROVIX
соли морденит и доло- стки сточных вод, 4750 руб.
(Италия)
мит; минеральные био- что позволяет полуwww.eurovix.it
катализаторы, богатые чить оптимальные
показатели очистки
микроэлементами
Окончание таблицы
Наименование
Состав
Назначение
Стоимость
Производитель
сточных вод,
устраняет
зловонный запах
ВысокопроизводительСнижает химическое
ные аэробные и фапотребление кислорокультативные; анаэробда, биологическое поные микроорганизмы;
требление кислорода
специальные микрои взвешенные вещестэлементы для сточных
BIOZIM
Bio Systems
ва, уменьшает жировод ЦБК (следы металвые отложения, уско- 4120 руб. (Великобритания)
B 570
лов, витамины, аминоряет осаждение тверwww.biosystems.com
кислоты и стимулятодых частиц; уменьшает
ры роста); микроэлеколичество осадка;
менты; основа для
контролирует хлопьесбалансированного
образование и рост
роста микроорганизнитевидных бактерий
мов; биоусилитель
Устраняет запахи,
Смесь
Novozymes
BioRemove
уменьшает общее
микроорганизмов
3100 руб.
(Дания)
5100
количество органики
www.novozymes.com
в стоках
Исходя из многообразия представленных на рынке биопрепаратов
для очистки сточных вод ЦБП при выборе необходимо ориентироваться на степень загрязненности стоков, необходимую степень очистки,
а также материальные возможности предприятия. Рассмотренные биопрепараты нашли успешное применение в странах Европы, Америке,
но менее активно применяются в Российской Федерации в связи с высокой стоимостью продукции, а также затратами на транспортировку.
Для решения данной проблемы необходимо разрабатывать отечественные биопрепараты для очистки сточных вод предприятий целлюлознобумажного комплекса.
Список литературы
1. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. Т. 2. –
Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003. – 884 с.
2. Комарова Л.Ф., Полетаева М.А. Использование воды на предприятиях и очистка сточных вод в различных отраслях промышленности: учеб. пособие. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. – 174 с.
177
3. Вольф И.В., Ткаченко Н.И. Химия и микробиология природных и
сточных вод: учеб. пособ. для студ вузов. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1973. – 238 с.
4. Ливен И. Модифицированные крахмалы и их влияние на состав
сточной воды. [Электронный ресурс]. – URL: https: //nomitech.ru/articles-and-blog/modifitsirovannye_krakhmaly_i_ikh_vliyanie_na_sostav_stochnoy_vody/ (дата обращения: 30.01.2016).
5. Иванов A.А., Матросова Л.Е., Тремасов М.Я. Биопрепарат для
обезвреживания и очистки сточных вод // Достижения науки и техники
АПК. – 2012. – № 3. – С. 83–84.
Об авторах
Залевская Юлия Михайловна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский государственный национальный исследовательский университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: ylia_15@list.ru).
Белик Екатерина Сергеевна (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: zhdanova-08@mail.ru).
178
УДК 621.1: 629.7.036.5
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ОГНЕВЫХ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЯХ
ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Н.Ю. Карпова, Г.М. Батракова
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Разработаны методические рекомендации, позволяющие проводить
детальные расчеты уровней загрязнения атмосферного воздуха от выбросов загрязняющих веществ при испытании энергонасыщенных материалов
на стенде с горизонтальной аэродинамической трубой. Данные расчеты
дают возможность объективно оценить выполнение требований по обеспечению экологической безопасности данного процесса.
Ключевые слова: энергонасыщенные материалы, испытательный
стенд, моделируемые источники, выбросы, загрязняющие вещества, санитарно-защитная зона, приземная концентрация.
В процессе разработки и производства энергонасыщенных материалов для подтверждения расчетных характеристик изделий (тяга,
скорость, импульс) проводятся стендовые испытания, которые сопровождаются выбросами загрязняющих веществ в атмосферу [1, 2].
В РФ проектный уровень загрязнения атмосферного воздуха определяется путем моделирования приземных концентраций загрязняющих веществ от выбросов организованных источников. Разрешительный документ «Проект допустимых выбросов» основан на расчетах по
методике ОНД-86 «Методика расчета концентраций в атмосферном
воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий».
По этой методике производится расчет пространственного распределения максимальных разовых приземных концентраций вредных веществ
в атмосферном воздухе на расстояниях не более 100 км от организованного источника выбросов с учетом метеорологических условий, сопутствующих рассеиванию [3].
В то же время для некоторых видов организованных источников
выбросов загрязняющих веществ определение уровня загрязнения по
ОНД-86 затруднительно или не представляется возможным. Так, на179
пример, при испытаниях изделий на стенде с горизонтальной аэродинамической трубой не учитываются технологические особенности испытательного стенда и двухстадийность выбросов (кратковременный
выброс при работе изделия и последующий длительный выброс при
продувке пространства горизонтальной аэродинамической трубы
в вентиляционном режиме) [1, 2].
Для определения приземной концентрации загрязняющих веществ
нами совместно с ГГО им. А.И. Воейкова разработаны дополнительные
методические рекомендации к ОНД-86 по расчету рассеивания выбросов с использованием существующих программ для стенда с горизонтальной аэродинамической трубой.
Разработанная расчетная схема направлена на адаптацию условий
выброса загрязняющих веществ из рассматриваемого источника к расчетной схеме ОНД-86. Результаты расчетов и пространственного распределения максимальных разовых (средних за 20 мин) приземных
концентраций загрязняющих веществ (С, мг/м3) в атмосферном воздухе
учитывают климатические условия рассеивания атмосферных примесей, в том числе неблагоприятные метеорологические условия.
При расчетах принимались характеристики источника выбросов:
♦ продолжительность стадии работы двигателя (tр, с);
♦ продолжительность стадии вентиляции (tв, с);
♦ суммарное количество тепла, выбрасываемое с газовой струей
в горизонтальную трубу за время tр (Q С0 , МДж);
♦ суммарная масса (где i = 1, 2,…) выбросов каждого (i-го) загрязняющего вещества за время tр, (m i0 , кг);
♦ коэффициент αр, которым задается доля от суммарной массы
выбросов в атмосферу загрязняющего вещества, соответствующая стадии работы двигателя.
Методология расчета пространственного распределения максимальных разовых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном
воздухе с учетом выбросов по стадиям работы двигателя и вентиляции
горизонтальной аэродинамической трубы заключается в следующем.
При расчете приземных концентраций, формируемых выбросами от
стенда, заданы параметры выброса моделируемых источников МИ-1
(характеризует вклад в загрязнение атмосферы выбросов, соответствующих стадий работы двигателя) и МИ-2 (выбросы на стадии вентиляции). Оба источника относятся к точечному выбросу с едиными параметрами высоты источника (Н, м) эффективного диаметра (Dэ, м)
180
и эффективной температуры газовоздушной смеси (ТГ.Э, °С): Н = 8 м,
Dэ = 8 м, Тг.э = 500 °С.
При этом отличительной информацией о модельных источниках являлись расчетные значения о суммарном количестве тепла (Qс, МДж),
выбрасываемого в атмосферу, суммарной массе выброса ( mi , кг) i-го
вещества (i = 1, 2, …), тепловой мощности ( Q k , МВт), разовой мощности выбросов ( M ik , г/с) и эффективной вертикальной скорости выброса
газовоздушной смеси ( Wоk.э , м/с) (таблица).
Параметр F, учитывающий дисперсный состав аэрозольных выбросов, и прочие параметры расчетной схемы определялись в соответствии с положениями соответствующих разделов ОНД-86 [3].
Расчеты выполняются на сетке контрольных точек, расположенных на границе санитарно-защитной зоны; участках размещения стационарных и маршрутных постов наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха; участках жилой застройки и др. Расчеты проводятся
с перебором направлений ветра в диапазоне 0–360° и скоростей ветра
в диапазоне 0,5–7,0 м/с.
Характеристика расчетных параметров для моделируемых
источников выбросов загрязняющих веществ
Определение параметра источника выбросов
в разных режимах работы
МИ-1
МИ-2
Наименование
параметра
Суммарное
количество тепла
Суммарная масса
выброса
Тепловая
мощность
Разовые мощности
выбросов
Эффективная вертикальная скорость выброса
газовоздушной смеси
QC
QC1 = α p Qc0
QC2 = (1 − α p ) Qc0
mi
mi1 = α p mi0
mi2 = (1 − α p ) mi0
Qk =
Qk
τ = tp для k = 1
M ik
k
оэ
W
Qck
τ
τ = tв для k = 2
M = 0,83m при τ ≤ 1200 с
k
i
k
i
M ik = 1000mik при τ > 1200 с
Wоэk =
982Q k
,
Dэ2 (Tг.э − Tв )
где 982 м3град/МДж – константа
Примечание: αр – коэффициент, которым задается доля от суммарной массы выбросов каждого из загрязняющих веществ; 0,83 г/(кг·с) – константа.
181
В соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные
зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и других
объектов» размер защитной зоны для стенда составляет 1000 м. Результаты расчетов рассеивания показали, что при испытании изделия из
энергонасыщенных материалов соблюдаются санитарно-гигиенические
нормативы качества атмосферного воздуха, так как по хлориду железа
максимальная приземная концентрация составляет 0,05 ПДКм.р, хлориду
водорода – 0,47 ПДКм.р, оксиду углерода – 0,02 ПДКм.р.
Изложенный подход позволяет оценить выполнение требований по
обеспечению экологической безопасности испытаний для меняющихся
объемов испытаний энергонасыщенных материалов и метеорологических условий. Результаты расчетного мониторинга загрязнения атмосферного воздуха положены в основу документа, подтверждающего
право на проведение работ на стенде.
Список литературы
1. Технические и экологические аспекты ликвидации межконтинентальных баллистических ракет / под общ. ред. член-корр. РАН, д.т.н.,
проф. М.И. Соколовского и д.м.н., проф. Я.И. Вайсмана. – Пермь: Изд-во
Перм. гос. техн. ун-т, 2009. – 636 с.
2. Бояршинов М.Г. Статистическая оценка загрязнения атмосферного воздуха при технологических испытаниях ракетного двигателя //
Инженерная экология. – 2000. – № 2. – С. 29–40.
3. Охрана воздушного бассейна городов и промышленных регионов // М.Е. Берлянд, Н.С. Буренин [и др.] // Атмосфера: материалы
науч.-практ. конф. – СПб., 2007. – 444 с.
Об авторах
Карпова Надежда Юрьевна (Пермь, Россия) – аспирантка кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: karpowa.nadezhda2010@yandenx.ru).
Батракова Галина Михайловна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Охрана окружающей среды»,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: GMBatrakova@mail.ru).
182
УДК 656.13
ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ОРГАНИЗАЦИИ МАРШРУТНЫХ
ПАССАЖИРСКИХ ПЕРЕВОЗОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЕЙ ПРИОРИТЕТОВ ДВИЖЕНИЯ
О.Г. Коптелов1, Г.В. Таубкин2, Г.П. Быкова3
1
ЗАО «Фита», Россия, Москва, Россия
WSP Group/Parsons Brinckerhoff, Торонто, Канада
3
Московский автомобильно-дорожный государственный
технический университет (МАДИ)», Москва, Россия
2
Описаны различные способы предоставления приоритета движения
для маршрутного пассажирского транспорта и проведен их сравнительный анализ. Определен уровень воздействия на пропускную способность
и эксплуатационную скорость различных типов пространства эксплуатационной деятельности.
Ключевые слова: маршрутный пассажирский транспорт, выделенная полоса движения, внеуличная полоса движения, пространство эксплуатационной деятельности.
Существенный рост числа автомобилей на улично-дорожной сети
российских городов при незначительном росте ее длины привел к повсеместному затруднению движения транспортных потоков, особенно
в части маршрутного пассажирского транспорта (МПТ). Ввиду социальной значимости МПТ возникла необходимость в решении вопроса о предоставлении ему приоритета движения.
Внедрение различных вариантов пространства эксплуатационной
деятельности МПТ требует оценить их воздействие на пропускную
способность и скорость сообщения на планируемых маршрутах. Пропускная способность определяет количество пассажирских транспортных средств, которое может эксплуатироваться на определенном отрезке дорожной сети в единицу времени. Скорость сообщения определяет скоростные значения работы транспорта с учетом затрат времени
на остановочных пунктах и в процессе движения.
В зарубежной (прежде всего североамериканской) практике существует четыре типа пространства эксплуатационной деятельности МПТ:
183
1. Совместное использование транспортом дорожно-уличной
сети. При совместном использовании транспортом дорожно-уличной
сети пассажирские транспортные средства осуществляют перевозки по
тем же полосам движения, что и иные транспортные средства, например легковые и грузовые автомобили, велосипеды. МПТ в этом случае
эксплуатируется по общим правилам, хотя и имеет в некоторых случаях приоритет. Все это приводит к задержкам, вызванным осуществлением поворотов впереди идущими транспортными средствами, нерегулируемыми наземными пешеходными переходами, неравномерным
движением транспортных потоков, парковочной деятельностью и т.д.
Совместное использование транспортом дорожно-уличной сети является наиболее распространенным вариантом движения автобусов и троллейбусов в Северной Америке. В 2010 г. более чем 98 % маршрутов было
проложено по дорожно-уличной сети совместного использования [1].
2. Частично выделенные полосы движения. Частично выделенные полосы движения предназначены в первую очередь для МПТ, но
при необходимости они могут быть использованы транспортными средствами экстренных служб (скорая помощь, пожарные, полиция и т.д.)
Также они позволяют совместное использование любыми транспортными средствами в определенных местах (например, перед перекрестком
для осуществления поворота) или в определенное время суток или дня
недели. Примерами такого рода выделенных полос являются:
• специальные полосы движения на скоростных автомобильных дорогах, используемые автобусами, а также легковыми автомобилями, осуществляющими совместную поездку пассажиров (carpool) и автомобилями, владельцы которых оплатили сбор за право проезда по этим полосам;
• выделенные полосы для МПТ на городской улично-дорожной сети, на которые позволяется заезжать иным транспортным средствам,
для осуществления поворотов на перекрестках;
• дорожно-уличные полосы, которые в межпиковое время используются для парковки автомобилей, а в пиковые периоды преобразуются
в полосы для движения МПТ.
Ограниченное использование выделенных полос движения транспортными средствами, не являющимися МПТ, например автомобилями-такси, часто отражает политический компромисс. Некоторым видам
транспорта предоставляется приоритет с целью использовать выделенную полосу движения как можно более эффективно, но без излишнего
воздействия на МПТ. Предоставление права выезда на выделенную по184
лосу в определенных местах (например, при осуществлении правых
поворотов на перекрестках) отражает компромисс в распределении
пространства дорожно-уличной сети между различными видами транспорта, в результате чего МПТ получает некоторые преимущества, но не
в ущерб другим транспортным средствам. Ограничение на использование выделенной полосы движения в пиковые периоды только МПТ дает необходимый приоритет для обеспечения высокого уровня провозной способности и качества предоставляемых транспортных услуг.
В межпиковые периоды, когда объемы перевозок пассажиров снижаются, появляется возможность преобразовывать выделенную полосу
для совместного использования всеми транспортными средствами.
Целью каждого из этих ограничений является устранение помех,
создаваемых внемаршрутным транспортом, которые могут воздействовать на МПТ, сделать его менее надежным, снизить его провозную
способность. В США в 2010 г. примерно 3,5 тыс. км автобусных маршрутов (0,9 % от их общей протяженности) были проложены по частично выделенным полосам движения [1].
3. Полностью выделенные полосы движения. Полностью выделенные полосы движения предназначены для исключительного использования МПТ, но с возможностью их пересечения в одном уровне
с иными полосами движения [2].
Примеры таких объектов включают в себя:
• выделенные полосы, специально созданные для автобусов-экспрессов, с возможностью их пересечения в одном уровне только на перекрестках, оборудованных светофорами;
• выделенные полосы для трамвайного и автобусного движения по
уличной медиане, с возможностью их пересечения в одном уровне
только на перекрестках, оборудованных светофорами;
• железнодорожные и трамвайные линии, проложенные вне улично-дорожной сети с возможностью их пересечения иными транспортными средствами в одном уровне только в местах, оборудованных светофорами и/или шлагбаумами;
Ограничение на использование полностью выделенных полос движения иными транспортными средствами устраняет многие потенциальные внешние факторы, которые могут создавать помехи осуществлению
пассажирских перевозок. Также МПТ могут быть предоставлены некоторые иные преимущества (например, приоритетный проезд регулируемого перекрестка или установка дорожных знаков, дающих преимуще185
ство пассажирскому транспорту). Тем не менее остаются нерешёнными
некоторые вопросы, связанные в основном с потенциальными проблемами безопасности (например, потенциальные конфликты транспортных
средств, осуществляющих поворот на перекрестке, с пассажирским
транспортом, осуществляющим движение по выделенной полосе).
4. Внеуличные полосы движения. Внеуличные полосы движения
создаются для исключительного использования МПТ. Все остальные виды транспорта и пешеходы пересекают внеуличные полосы движения
только над или под ними. В этом случае устраняются задержки, связанные с запрещающими сигналами уличных светофоров и потенциальным
воздействием других участников движения, что позволяет осуществлять
перевозки на более высокой скорости и более надежно с точки зрения выполнения маршрутного расписания. Однако все это требует значительно
более высоких капиталовложений на строительство элементов сети.
Примеры внеуличных полос движения включают в себя:
• полосы движения, которые пересекаются другими видами транспорта только в другом уровне (над или под ними);
• подземные полосы движения, такие как метрополитен или туннели, созданные специально для МПТ;
• эстакады, применяемые только МПТ.
При невозможности создания в полном объёме инфраструктуры соответствующего типа пространства эксплуатационной деятельности МПТ
в период планирования маршрута можно оценить целесообразность создания смешанной системы [3], оценив воздействие того или иного типа на
пропускную способность и скорость сообщения (таблица).
Воздействие на пропускную способность и скорость сообщения
различных типов пространства эксплуатационной деятельности
Тип пространства
эксплуатационной
деятельности
Совместное использование транспортом дорожно-уличной сети
Частично выделенные полосы
движения
Полностью выделенные полосы
движения
Внеуличные полосы движения
186
Провозная
Средняя скорость
способность
сообщения
(в процентах к макси- (в процентах к максимально возможной) мально возможной)
38
33
52
61
60
72
100
100
Оценка воздействия различных типов пространства эксплуатационной деятельности на пропускную способность и скорость сообщения
осуществлялась при помощи методов TCQSM [1].
Таким образом, даже частичное создание выделенных и внеуличных полос движения позволяет значительно повысить эффективность
пассажирских перевозок, осуществляемых ПМТ.
Список литературы
1. Transportation Research Board, Transit Capacity and Quality of Service Manual. – 3rd edition. – USA: Washington, DC, Transportation Research Board of the National Academies, 2013. – 685 p.
2. Vuchic V.R. Urban Transit Systems and Technology. – Hoboken,
New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2007. – 602 p.
3. Ларин О.Н., Козицкий Ю.Г. Принципы создания скоростных систем городского пассажирского транспорта // Инновационный транспорт. – 2014. – № 4 (14). – С. 14–17.
Об авторах
Коптелов Олег Германович (Москва, Россия) – научный сотрудник ЗАО «Фита» (117036, г. Москва, ул. Дмитрия Ульянова, д. 7А;
e-mail: o.koptelov@gmail.com).
Таубкин Георгий Владимирович (Торонто, Канада) – ведущий
специалист систем общественного транспорта, WSP Group/Parsons
Brinckerhoff (1300 Янг-стрит, 8-й этаж, Торонто, Онтарио, M4T 1X3;
e-mail: gera.taubkin@wspgroup.com).
Быкова Галина Павловна (Москва, Россия) – кандидат технических наук, доцент, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) (125319, г. Москва, Ленинградский пр., 64; e-mail: rdcd@mail.ru).
187
УДК 504.6: 534.83
ОЦЕНКА РИСКА ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ
В КРУПНОМ ПРОМЫШЛЕННОМ ЦЕНТРЕ
К.С. Король
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Использование методологии оценки риска для здоровья жителей позволяет избежать недоучета опасностей, обеспечить градостроительными средствами безопасные и благоприятные условия проживания населения;
ограничить вредное воздействие хозяйственной и иной деятельности на
среду обитания до уровней, приемлемых по критериям здоровья населения.
Ключевые слова: зонирование, риск для здоровья населения, управление риском.
В Российской Федерации наиболее широко применяемыми критериями безопасности среды обитания являются предельно допустимые
концентрации химических веществ и предельно допустимые уровни
физических воздействий. Однако использование в качестве критериев
безопасности только отдельных гигиенических нормативов не всегда
позволяет оценить вероятное воздействие на человека в условиях многокомпонентной комплексной нагрузки, которая формируется в урбанизированных средах.
В связи с этим в целях оценки качества безопасности среды крупных промышленных центров стали применять методологию оценки
риска [1, 4]. Данная методология позволяет дифференцировать территорию по критериям угроз и опасностей для здоровья жителей, чтобы
минимизировать использование этих земель под жилищное и социально-бытовое строительство и, напротив, выделить участки наименьшего
загрязнения и низких рисков под использование для реакционных зон,
строительства объектов санитарного, лечебно-профилактического, оздоровительного назначения и т.п.
Оценка рисков для здоровья как информационная основа принятия
пространственно-планировочных решений, в том числе при разработке
генеральных планов городов, является эффективным инструментом анализа и прогноза ситуации [2, 3]. Достижения и актуальные проблемы ме188
тодологии оценки риска определили цель исследования, которая состояла в отработке и апробации методических подходов к зонированию территории крупного промышленного центра города по уровням риска для
здоровья человека для задач градостроительного планирования.
В качестве объекта исследования был выбран город Пермь.
В городе расположено более 12 тысяч стационарных источников
выбросов химических веществ, зарегистрировано более 220 тыс. единиц транспортных средств. Ежегодно более 400 газообразных примесей и твердых частиц общей массой порядка 55–60 тыс. т попадают
в воздух селитебных территорий. Как следствие на всех 7 постах наблюдения Росгидромета систематически регистрируется превышение гигиенических нормативов по ряду веществ, в том числе по формальдегиду (до
2,5 ПДКм.р. в 2014 г.), азота диоксиду (до 4,3 ПДКм.р. в 2014 г.), пыли
(до 2 ПДКм.р. в 2014 году) и др. [6, 8].
Для оценки риска здоровью населения использовали результаты
инструментальных исследований и расчетные данные. Результаты инструментальных исследований были предоставлены Пермским центром
Росгидромета и Территориальным управлением Роспотребнадзора по
Пермскому краю.
Для расчетов рассеивания использовали сводные базы данных стационарных источников загрязнения атмосферного воздуха, поддерживаемые в настоящее время Центром лабораторных исследований и технических измерений Ростехнадзора.
Стационарные источники выбросов были привязаны к векторной
карте города, что позволило отобразить пространственно распределенные данные – приземные концентрации на карте и выполнить сопряжение с результатами по автомагистралям. Расчет уровней загрязнения для
оценки острого ингаляционного риска выполняли на основе методики
ОНД-86, в соответствии с которой в результате расчетов определяются
максимальные разовые (для 20-минутного периода осреднения) приземные концентрации примесей в атмосфере 95%-ной обеспеченности.
Расчет среднегодового загрязнения выполняли на базе методики, изложенной в Дополнении к ОНД-86, разработанном ГГО им. А.И. Воейкова. При расчете среднегодового загрязнения учитываются особенности
стратификации атмосферы, среднемноголетняя годовая роза ветров и другие климатические особенности города.
Результаты расчетов рассеивания верифицировали и корректировали с учетом данных натурных измерений.
189
Верифицированные и аппроксимированные уровни загрязнения
отображали на векторной карте г. Перми, оцифровка которой выполнена с топографической основы 1:10 ООО МУП «Пермархбюро». Загрязнение отображали через заливку определенным цветом площади квадрата со стороной 100 х 100 м, центром которого является расчетная
точка регулярной сетки.
Таким образом, среднегодовая концентрация в точке представляла
собой средневзвешенную разовую концентрацию вещества с учетом
повторяемости ветров различного направления.
Данные об интенсивности движения были предоставлены администрацией г. Перми и транспортной дорожной инспекцией города.
Оценку рисков для здоровья выполняли в соответствии с Руководством 2.1.10.1920-04.
Допустимый риск возникновения канцерогенных эффектов принимали на уровне 1·10–4. Более высокие уровни риска рассматривали
как требующие принятия мер по их снижению. Риск неканцерогенных
эффектов оценивали по индексам опасности (Hazard Index, HI), принимая допустимый уровень за 1,0.
Основные результаты. Установлено, что более 60 % всех химических
примесей (порядка 150 наименований), выбрасываемых промышленными
предприятиями и автотранспортом в атмосферу г. Перми, имеют доказанные негативные эффекты для здоровья человека. В основном вещества
представляют опасность для органов дыхания, иммунной системы, кожи
и подкожной клетчатки, крови, сердечно-сосудистой и нервной системы.
Ряд примесей являются канцерогенами, т.е. способны вызывать онкологические заболевания, прежде всего, соединения хрома (IV), свинца, бензол, формальдегид, ацетальдегид и т.п. При этом по ряду чрезвычайно
опасных и высокоопасных примесей в последние годы регистрируется
некоторое увеличение выбросов. Так, к 2015 г. выбросы неорганического
свинца по сравнению с 2005 г. (0,067 т) возросли более чем в 2 раза и составили по итогам 2014 г. 0,151 т. Увеличилась в 1,7 раза за этот же период масса попадающего в атмосферу города хрома шестивалентного (1,44 т
в 2014 г.), в 1,25 раза – масса сероводорода (183,18 т в 2014 г.) и т.п.
В целом же с учетом всех видов негативных эффектов к зонам
наибольшего ингаляционного риска, обусловленного техногенным загрязнением атмосферного воздуха, относятся:
– центральная часть города: ул. Ленина, Комсомольский пр. от
ул. Революции до ул. Монастырской, улицы Пушкина, Екатерининская,
190
Луначарского, Попова, Куйбышева до пересечения с ул. Гл.Успенского
и прилегающие территории;
– зона м/р Нагорный: между ул. Космонавта Беляева и ул. Свиязева;
ул. Комбайнеров от ул. Космонавта Беляева до ул. Свиязева; улицы Рязанская, Геологов, Чердынская, Энергетиков, Глинки, Моздокская;
– зона влияния промузла «Пермские моторы – ТЭЦ-6 и пр.» (часть
промузла «Героев Хасана – Хлебозаводская»): ул. Моторостроителей,
Серебрянский пр., улицы Обвинская, Саранская до ул. Солдатова; улицы Коминтерна, Клары Цеткин, Чкалова от ул. Куйбышева до ул. Комсомольский пр.; улицы Героев Хасана, Льва Шатрова, Пихтовая, Козьмы Минина, Нейвинская, Серпуховская, от ул. Героев Хасана до улиц
Коломенской, Краснополянской;
– зона влияния промузла Кировского района: улицы Дубовская,
Полтавская, Онежская, 4-й Пятилетки, Новоржевская от ул. Победы до
ул. Химградской, улицы Ласьвинская, Федосеева, Худанина, Чистопольская, Торговая, от ул. Химградской до ул. Кировоградской;
– зона влияния ОАО «Камкабель»: ул. Кишиневская, 3-й Гайвинский пер., 6-й Гайвинский пер., от ул. Вильямса до улиц Севанской
и Мезенской.
Самые высокие показатели индекса опасности регистрируются
в центре города, где происходит наложение зон влияния промышленных
предприятий, диффузно расположенных в разных районах города, зачастую вблизи промышленной застройки. Вклад автотранспорта в формирование острых ингаляционных рисков составляет от 10 до 80 % в зависимости от участка города.
Обращает на себя внимание и повышение рисков для здоровья
вдоль наиболее крупных, в том числе межрайонных магистралей города.
Список литературы
1. Бобкова Т.Е. Концепция зонирования территории населенных
мест на основе анализа риска здоровью населения: дис. … д-ра мед. наук. – М., 2011. – 469 с.
2. Дубровский А.В., Ершов А.В., Середович С.В. К вопросу применения геоинформационных технологий при планировании и оптимизации городской транспортной сети // Интерэкспо Гео-Сибирь. –
2013. – № S2. – С. 165–170.
3. Методические подходы к зонированию территории крупного
промышленного центра по показателям заболеваемости населения в свя191
зи с качеством среды обитания / Н.В. Зайцева, И.В. Май, С.В. Клейн,
Д.А. Кирьянов, С.Ю. Балашов // Вестник Пермского университета.
Серия «Биология». – 2010. – № 2. – С. 42–49.
4. Зайцева Н.В., Май И.В., Шур П.З. Анализ риска здоровью населения на современном этапе // Здравоохранение Российской Федерации. – 2013. – № 2. – С. 20–24.
5. Кабакова С.И. О стратегическом планировании в Российской
Федерации (Градостроительные аспекты) // Экономика строительства,
2015. – № 2 (32). – С. 18–25.
Об авторе
Король Кристина Сергеевна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: korolkristinas@mail.ru).
192
УДК 628.166
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ
ВОДЫ В КРУПНЫХ И МАЛЫХ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТАХ
К.Р. Мифтахова, О.Г. Пьянкова,
Л.В. Рудакова, И.С. Глушанкова
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Основными источниками централизованного питьевого водоснабжения в большинстве регионов являются поверхностные водоемы, загрязнение
которых постоянно возрастает. В связи с этим проблема обеспечения населения качественной питьевой водой является одной из приоритетных задач в обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия населения.
В данной работе выполнен сравнительный анализ методов обеззараживания питьевой воды в крупных и малых населенных пунктах, а также проанализированы достоинства и недостатки основных подходов по
очистке воды от органических и неорганических загрязнителей.
Ключевые слова: питьевая вода, физическое и химическое обеззараживание воды, облучение воды ультрафиолетовыми лучами, аммонизация,
хлорирование, хлорная известь, галогенорганические соединения в воде.
Проблема снабжения населения качественной питьевой водой является приоритетной в обеспечении санитарно-эпидемиологического
благополучия населения. Предупреждение заболеваемости населения
водообусловленными инфекциями связано с качественной водоподготовкой. Однако при обеззараживании воды хлорсодержащими реагентами образуются токсичные, опасные для здоровья населения хлороформ и другие хлорорганические соединения (ХОС) [1].
На территории Российской Федерации качество водопроводной воды
регламентируется санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».
Позднее были введены гигиенические нормативы ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования», утвержденные главным государственным санитарным врачом
193
Российской Федерации. Одновременное действие двух документов
СанПиН 2.1.4.1074-01 и гигиенических нормативов ГН 2.1.5.1315-03 является предметом многочисленных дискуссий.
В зависимости от исходных условий и поставленной задачи применяют различные методы очистки воды от болезнетворных микроорганизмов. По способу воздействия на микроорганизмы методы обеззараживания воды подразделяются на химические, или реагентные; физические, или безреагентные, и комбинированные, когда используются
одновременно химическое и физическое воздействия [2].
Наиболее надежным и экономически выгодным методом обеззараживания является хлорирование воды. Хлорирование проводят на
специальных хлораторных установках. Данный метод обеспечивает
консервацию воды после обеззараживания. Однако хлорирование не
является безопасным, так как в воде образуется свыше 300 токсичных
соединений. Для обеззараживания питьевой воды с помощью хлорирования используют хлорную известь или газообразный (элементарный)
хлор, гипохлорит натрия и оксид хлора, а также хлорирование с аммонизацией. Этот метод применяется для обеззараживания воды, содержащей органические соединения, с целью предупреждения образования тригалометанов и хлорфенолов [5].
Перспективным считают такой вид химического обеззараживания
воды, как озонирование. Наряду с бактерицидным действием озона
в процессе обработки воды происходит обесцвечивание и устранение
привкусов и запахов. Преимущества озона перед хлором при обеззараживании воды состоит в том, что озон не образует в воде токсических
соединений, таких как диоксины и хлорфенолы, а также улучшает органолептические показатели воды и обеспечивает бактерицидный эффект. Но стоит отметить, что озон является сильнодействующим ядом,
т.е. требует точного расчета дозировки.
Облучение воды ультрафиолетовыми лучами – эффективный
метод обеззараживания воды. УФ-обеззараживание воды позволяет
существенно сократить расходы химических реагентов-дезинфекторов или же расходы энергии на обеззараживание воды озонированием и любыми другими способами. Однако эффективность метода
УФ-обеззараживания снижается при увеличении мутности воды.
Кроме того, метод не имеет остаточного последействия, поэтому облучение воды УФ-лучами лучше сочетать с каким-либо реагентным
методом [3].
194
Среди физических видов обеззараживания воды самый популярный, несложный и недорогой – кипячение. Такое обеззараживание воды
очень просто организовать, и оно достаточно надежно избавляет воду
от большого числа возбудителей заболеваний и понижает жесткость
воды, при этом вкусовые качества воды мало меняются. Недостаток
этого метода в том, что он не позволяет ощутимо снизить концентрацию хлорсодержащих органических соединений в воде [4].
Постоянное совершенствование дезинфицирующих средств приводит к созданию новых. Уже сейчас разработаны обеззараживающие
бесхлорные средства на основе полигексаметиленгуанадина гидрохлорида. Разработана 2-стадийная технология очистки воды, согласно
которой на первой стадии реагент вводился через 1–2 мин после введения в воду коагулянта, а на второй – непосредственно перед поступлением очищенной воды в резервуары чистой воды. Эффективность
достигается за счет совместимости использования данного средства,
например «Дезавид-концентрат», и обработки воды ультрафиолетовым излучением. Но всё-таки очень важным аспектом является вопрос
о безвредности использования для очистки воды этих препаратов, так
как безопасные для человека концентрации до настоящего времени не
установлены.
В сравнительной таблице указаны преимущества и недостатки каждого метода и реагента.
Анализ основных методов обеззараживания питьевой воды позволяет сделать вывод, что в настоящее время практически невозможно
отказаться от использования хлорсодержащих реагентов при очистке
поверхностных вод. Такой вид обеззараживания осуществляется с помощью химических соединений, содержащих хлор.
Также в ходе анализа выявлены различные подходы по эффективному обеззараживанию питьевой воды в крупных и малых населенных пунктах. Так, для снижения содержания хлорсодержащих
органических соединений в процессе водоподготовки в крупном населенном пункте целесообразно проведение предварительного озонирования воды, использование дополнительно к хлорсодержащим
реагентам соли аммония для перехода свободного хлора в связанную
форму, проведение постоянной коагуляционной и флокуляционной
очистки воды. Для обеззараживания питьевой воды в малых населенных пунктах эффективно применение углевания воды перед подачей на
контактные осветлители, проведение вторичного хлорирования связанным
195
Сравнение методов обеззараживания воды
Наименование
дезинфектанта
Хлор
Гипохлорит
натрия
Диоксид хлора
Достоинства
Недостатки
Эффективен для удаления неприятного вкуса и запахов.
Обладает дезинфицирующим последействием.
Разрушает органические соединения, сероводород, цианиды, аммиак и др.
Эффективен против большинства
болезнетворных микроорганизмов.
При получении на месте не требует транспортировки и хранения
опасных химикатов
Работает при пониженных
дозах.
Не способствует образованию
тригалометанов.
Разрушает фенолы
Повышенные требования
к перевозке и хранению, потенциальный риск здоровью в случае
утечки.
Образование побочных продуктов
дезинфекции – тригалометанов
Хлорамин
Обладает устойчивым и долговременным последействием.
Способствует удалению неприятного вкуса и запаха.
Снижает уровень образования
тригалометанов
ПГМГ ПГМГ-ГХ
(полигексаметиленгуанидин
гидрохлорид)
Пролонгированное действие.
Эффективен при различных значениях рН.
Экономически выгоден
Озон
Способствует снижению мутности воды.
Удаляет посторонние привкусы
и запахи.
Не образует хлорсодержащих тригалометанов
УФ-облучение
Не требует хранения и транспортировки химикатов.
Не образует побочных продуктов
196
1.Теряет активность при длительном хранении.
2.Образует побочные продукты
дезинфекции, включая тригалометаны
Обязательно получение на месте
применения.
Приводит к проявлению специфического запаха и вкуса.
Образует токсичные хлорити хлорат-ионы
Неэффективен против вирусов
и цист.
Для дезинфекции требуются высокие дозировки и пролонгированное время контакта.
Образует азотосодержащие побочные продукты
Влияние на организм человека до
конца не изучено.
Безопасные для человека концентрации до настоящего времени не
установлены
Образует побочные продукты:
альдегиды, кетоны, органические
кислоты.
Не обеспечивает дезинфицирующего последействия.
Обладает сильными коррозионными свойствами
Не обеспечивает дезинфицирующего последействия.
Требует больших затрат на оборудование и техническое облуживание.
Не эффективен в мутной воде
хлором, а также для повышения эффективности обеззараживания
и снижения дозы хлора при хлорировании воды целесообразно применение дополнительного обеззараживания воды с использованием
проточных установок УФИ.
Список литературы
1. Михайлова Д.Л., Кольдибекова Ю.В. Оценка воздействия хлороформа при поступлении в организм с питьевой водой на состояние здоровья детей // Вестн. Перм. ун-та. – 2012. – № 2. – С. 85–88.
2. Снижение содержания хлорорганических соединений в питьевой
воде / Е.Г. Калашникова [и др.] // Водоснабжение и санитарная техника. – 2005. – № 10–1. – С. 11–17.
3. Бастраков С.И., Николаев А.П. Оценка риска качества питьевой
воды для здоровья населения // Санитарный врач. – 2013. – №: 3. –
С. 9–10.
4. Гигиена, санология, экология: учеб. пособие / под ред. Л.В. Воробьевой. – Пермь, 2011. – 255 с.
5. Клоков А. Методика оптимальных соотношений: внедрение комбинированного дезинфектанта «диоксид хлора и хлор» для обеззараживания питьевой воды // Вода magazine. – 2014. – № 3 (79). – Март. – С. 8–10.
Об авторах
Мифтахова Карина Ринатовна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский государственный национальный исследовательский университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: karincka-92@mail.ru).
Пьянкова Оксана Глебовна (Пермь, Россия) – ассистент кафедры
«Охрана окружающей среды», Пермский государственный национальный исследовательский университет (614990, г. Пермь, Поздеева, 14;
e-mail: 89028042941@mail.ru).
Рудакова Лариса Васильевна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Охрана окружающей среды», Пермский государственный национальный исследовательский университет (614990, г. Пермь, Поздеева, 14; e-mail: larisa@eco.pstu.ac.ru).
Глушанкова Ирина Самуиловна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Охрана окружающей среды»,
Пермский государственный национальный исследовательский университет (614990, г. Пермь, Поздеева, 14; e-mail: irina_chem@mail.ru).
197
УДК 504.05
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ПОЧВЫ
И БУРОВОГО ШЛАМА ОТ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ
Т.Н. Морозова, Е.С. Белик
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Залповые нефтяные загрязнения техногенного характера приводят
к значительному экологическому ущербу. Одна из основных экологических
проблем – образование нефтезагрязненных почв (НЗП) при аварийных разливах и нефтезагрязненных буровых шламов (НБШ) может быть успешно
решена с помощью биологического метода аугментации путем внесения
специальных биопрепаратов.
Ключевые слова: нефтезагрязненный шлам, нефтезагрязненная почва, биопрепарат, биоремедиация.
Основные нефтяные загрязнения, ежегодно поступающие в окружающую среду и оказывающие на нее негативное воздействие, обусловлены техногенными источниками. Это связано с добычей, транспортировкой, хранением и распределением нефтяного сырья. Одна из
основных экологических проблем – образование нефтезагрязненных
почв (НЗП) при аварийных разливах на нефтепроводах, обусловленных
не только изношенностью оборудования, но и нарушением правил их
технической эксплуатации. При бурении (буровые жидкости), транспортировке сырой нефти, а также на дне резервуаров при хранении углеводородного сырья в качестве отхода образуются нефтешламы, представляющие собой устойчивые эмульсии с глинистыми частицами, которые не поддаются расслоению в обычных условиях [1].
Нефтяные загрязнения приводят к изменению морфологических,
физико-химических и химических характеристик почв: уменьшается
поровое пространство, что приводит к образованию гудрона, цементированию частичек почвы, образованию битуминозных солончаков и др.
Нарушаются естественные биоценозы, угнетается жизнедеятельность
растений и почвенной микрофлоры [1]. Кроме того, нефть, впитываясь
в грунт либо вымываясь с поверхностного слоя, создает опасность вторичного загрязнения грунтовых и поверхностных вод, в результате чего
198
плодородный слой земли не восстанавливается в течение длительного
периода времени [2].
Подобные ситуации требуют разработки специальных технологий
по очистке почвенной системы от нефтяных загрязнений и ее восстановлению.
Снижение степени опасности широко используемых физико-химических методов очистки нефтезагрязненных почв возможно за счет
применения экологически безопасных биотехнологических методов:
биостимулирования и биоагментации, основанных на активизации
жизнедеятельности аборигенной микрофлоры путем создания оптимальных условий окружающей среды и внесении выделенных из естественных источников специально отобранных микроорганизмов в виде
бактериальных препаратов и биосорбентов.
Бакпрепараты представляют собой взвеси живых или инактивированных различными способами бактерий, отдельных компонентов клеток микроорганизмов в виде сухого порошка либо водной суспензии.
Наибольший интерес представляют биосорбенты – препараты для
борьбы с органическими загрязнениями, изготовленными на основе
сорбционного материала и иммобилизованных на нем клеток микроорганизмов. В качестве носителя могут быть использованы отходы нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей и целлюлозно-бумажной
промышленности, лесоперерабатывающих и лесотехнических производств, отходов полимерных материалов. Большой интерес объясняется возможностью вторичного использования отходов производства,
следовательно, их дешевизной. К тому же иммобилизованные клетки
микроорганизмов на носителе не подвергаются вымыванию поверхностными и ливневыми водами, выветриванию, прямому действию солнечных лучей и т.д. [3].
На отечественном рынке для удаления нефтепродуктов представлены следующие бактериальные препараты и биосорбенты: «Ленойл»,
«Деворойл», «Биоойл», сорбент «Эконадин», «Фежел-био», «УнисорбБио», «Биосорбонафт», «Микромицет», «Биор-АВ» и др., которые имеют
свои преимущества и недостатки. Среди недостатков необходимо отметить высокую стоимость продукции, затраты на транспортировку от
места производства до потребителя. Кроме того, на эффективность
процесса биоремедиации с помощью биопрепаратов и биосорбентов
влияет целый ряд факторов: климатические условия (низкие температуры, высокая влажность и т.д.), физико-химические и биохимические
199
свойства почв и грунтов, степень минерализации буровых шламов
и нефтеотходов, содержание тяжелых металлов и т.д. Создание новых
биосорбентов, изготовленных на основе отходов производства, позволит учесть эти факторы, а также интенсифицировать процесс очистки.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-35-00424 мол_а.
Список литературы
1. Прикладная экобиотехнология / А.Е. Кузнецов [и др.]. – М.:
БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 485 с.
2. Кесельман Г.С., Махмудбеков Э.А. Защита окружающей среды при
добыче, транспорте и хранении нефти и газа. – М.: Недра, 1981. – 256 с.
3. Каменщиков Ф.А., Богомольный Е.И. Нефтяные сорбенты. –
Ижевск; М.: Институт компьютерных исследований, 2003. – 268 с.
Об авторах
Морозова Татьяна Николаевна (Пермь, Россия) – студентка,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: morozova.pstu@yandex.ru).
Белик Екатерина Сергеевна (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: zhdanova-08@mail.ru).
200
УДК 504.062
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ОТЛОЖЕННОГО
РЕСУРСНОГО ПОТЕНЦИАЛА ПРОМЫШЛЕННЫХ
ОБЪЕКТОВ НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
А.В. Мякишева, И.Н. Ташкинова
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Рассмотрены и проанализированы основные термины и понятия, определяющие ресурсный потенциал промышленных объектов на урбанизированных территориях. Предложен современный подход «urban mining» для оценки
ресурсного потенциала промышленных объектов и города в целом, позволяющий рассматривать данные объекты как будущие источники сырья.
Ключевые слова: ресурсный потенциал, промышленный объект, городская среда, urban mining, отложенный ресурс, урбанизированные территории.
Современное общество приходит к пониманию того, что ресурсный потенциал образовавшихся или будущих отходов должен быть извлечен и максимально использован. В соответствии с основными принципами государственной политики Российской Федерации в области
обращения с отходами в целях сведения к минимуму объемов захоронения отходы должны подвергаться переработке, использованию и вовлечению в хозяйственный оборот (Федеральный закон № 89-ФЗ от
24.06.1998 (ред. от 29.12.2015) «Об отходах производства и потребления»). В связи с этим промышленный объект на любом из этапов жизненного цикла должен рассматриваться не как источник образования
отходов, а как источник отложенных («законсервированных») ресурсов, которые в дальнейшем будут использованы – вовлечены в хозяйственный оборот. Например, ежегодно в России образуется около
20 млн тонн отходов строительства и сноса (в том числе от ликвидации
промышленных объектов), которые являются ценным вторичным
сырьем и могут стать компонентом нового продукта или материала.
На протяжении многих лет города развивались, их границы расширялись, и большинство промышленных узлов оказались в городской
черте на урбанизированных территориях. С ростом потребности в пло201
щадях и ресурсах в целях дальнейшего развития города промышленные
территории необходимо рассматривать как площадки для будущего освоения и как «банк» различных накопленных ресурсов.
Понятие «ресурсы» (от фр. ressource – вспомогательное средство)
означает запасы, источники чего-либо или средство, к которому обращаются в необходимом случае. С точки зрения места образования все
компоненты промышленных территорий могут рассматриваться как будущие «техногенные отходы», а промышленная площадка – как «техногенное месторождение». В то же время в отечественной нормативной
и научной литературе существует терминологическое противоречие –
ряд близких понятий и терминов:
– техногенное сырье (техногенные ресурсы) – сырье, образовавшееся в результате технической деятельности предприятий, которые
представляют интерес как сырьевые материалы для разнообразной
продукции [1];
– техногенные отходы – отходы производства (промышленные
отходы) – остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образующиеся
в процессе производства продукции, которые частично или полностью
утратили свои качества и не соответствуют стандартам [2];
– техногенные минеральные ресурсы – совокупность запасов минерального сырья, содержащегося в отходах горно-обогатительного
производства, в пределах какого-либо региона или страны в целом [3];
– техногенные минеральные объекты – скопление минеральных
веществ на поверхности Земли или в горных выработках, образовавшееся в результате отделения их от массива и складирования в виде
отходов горного и обогатительного производств [3];
– техногенные месторождения – техногенные объекты, которые
по количеству и качеству содержащегося минерального сырья пригодны для эффективного использования в сфере материального производства в настоящее время или в будущем, по мере развития науки и техники, их вовлечение в промышленный оборот [3]; скопления минерального сырья, созданные человечеством в результате промышленной
деятельности [4];
– техногенные месторождения вторичных ресурсов – накопленные в результате хозяйственной деятельности залежи вторичных ресурсов, паспортизованные, зарегистрированные и содержащиеся в установленном порядке в качестве разведанных и утвержденных запасов
вторичного сырья (ГОСТ Р 54098-2010. «Национальный стандарт Рос202
сийской Федерации. Ресурсосбережение. Вторичные материальные ресурсы. Термины и определения» (утв. Приказом Ростехрегулирования
от 30.11.2010 N 761-ст).
При выборе наиболее подходящего термина следует сказать о разнице между «техногенными» и «вторичными» ресурсами: первые образуются в процессе производства и накапливаются ввиду недостаточного на данных этапах технологического уровня развития общества,
а вторые образуются в процессе потребления и состоят из отслуживших свой срок предметов (их вовлечение в производственный процесс
не обязательно требует технологического прогресса) [5]. Таким образом, наиболее приемлемыми для промышленных объектов будут термины «техногенное месторождение» и «техногенные ресурсы (сырье)».
В качестве теоретической основы для оценки «отложенного» ресурсного потенциала таких техногенных месторождений в городской
среде может быть использован известный во всем мире подход «urban
mining» [6]. «Urban mining» (с англ. – «городская добыча», «выработка
города») – процесс, который предполагает идентификацию техногенных месторождений на городских площадях, количественную оценку
содержащегося в них вторичного сырья (энергии, соединений, элементов из продукции, зданий и отходов), расчет прибыльности с учетом
вариантов восстановления и использования вторсырья с целью интегрального управления техногенными месторождениями.
Накопленные на урбанизированных территориях материалы (в зданиях, инфраструктуре, полигонах захоронения отходов) могут представлять собой значительный источник ресурсов с концентрациями элементов, часто сопоставимых или превышающих естественные запасы.
Например, производство тонны черного металла сопровождается получением от 5 до 17 т отходов, а цветных и благородных – до 100 т и более
[5], но этого можно избежать, используя уже извлеченные из недр компоненты и временно находящиеся в различных элементах городской
и промышленной инфраструктуры.
Таким образом, основой оценки «отложенного» ресурсного потенциала промышленных зон на урбанизированных территориях может
стать зарубежный подход – «urban mining», согласно которому техногенные месторождения и город в целом рассматриваются как будущие
источники сырья, что способствует минимизации добычи новых полезных ископаемых.
203
Список литературы
1. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности: учеб.-справ. пособие. – Ростов н/Д: Феникс,
2007. – 368 с.
2. Бобович Б.Б. Переработка промышленных отходов: учебник для
вузов. – М.: СП Интермет Инжиниринг, 1999. – 445 с.
3. Фролова Ю.К. Причины возникновения и перспективы использования техногенных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2007. – № 7. –
С. 24–33.
4. Макаров А.Б. Техногенные месторождения минерального сырья //
Соросовский образовательный журнал. – 2000. – № 8. – С. 76–80.
5. Жукова И.А. Теоретические аспекты управления техногенными
отходами как производственными ресурсами добывающих регионов //
Terra Economicus. – 2012. – Т. 10. – № 4. – Ч. 2. – С. 123–126.
6. Brunner Paul H., Urban Mining A Contribution to Reindustrializing
the City // Journal of Industrial Ecology. – June 2011. – Vol. 15. – Iss. 3. –
P. 339–341. DOI: 10.1111/j.1530-9290.2011.00345.x
Об авторах
Мякишева Александра Владимировна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный
исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь,
Комсомольский пр., 29; e-mail: myakisheva.aleks93@gmail.com).
Ташкинова Ирина Николаевна (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет
(614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: i.tashkinova@pstu.ru).
204
УДК 534.6.08
МОНИТОРИНГ ШУМОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
АВТОТРАНСПОРТА НА ТЕРРИТОРИИ
КОМПЛЕКСА ПНИПУ
Е.И. Панькова, Г.М. Батракова
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Показана актуальность оценки шумового воздействия автотранспорта.
Реализована методика замеров уровня шума в соответствии с нормативными документами. Выполнены замеры уровня звука на территории комплекса
ПНИПУ (правобережный Ленинский район города Перми). Оценка шумового
воздействия проведена по показаниям эквивалентного уровня звукового давления, интенсивности движения, доли легковых, грузовых автомобилей и автобусов. Дан расчет результатов в программе «Эколог-шум».
Ключевые слова: уровень шума, шумовое воздействие, измерения шума,
акустика, шум от автотранспорта, моделирование шумового воздействия.
В настоящее время Пермь является не только крупным промышленным, но и главным образовательным центром Пермского края.
В Перми расположено более 30 высших учебных заведений и более
40 среднеспециальных. Город Пермь активно развивается. Увеличивается численность населения, повышается уровень жизни людей,
развивается инфраструктура учебных заведений. Основная тенденция – это создание объектов учреждения на едином пространстве
с обособленной территорией, с преимущественно пешеходной доступностью всех объектов комплекса и образование «Университетского кампуса».
С точки зрения стратегии устойчивого развития функционирование кампуса должно быть основано на следующих принципах: создание комфортной и безопасной университетской среды; рационализация системы общественного транспорта; использование возобновляемых источников энергии; минимизация образующихся отходов;
сохранение водных ресурсов; формирование рекреационных зон;
снижение уровня потребления ресурсов [4].
205
Мониторинг шумового воздействия различных источников является неотъемлемой частью концепции устойчивого экологического развития кампуса.
Транспортный шум имеет наибольшие негативные последствия
для населения, чем производственный или бытовой, так как сфера его
действия значительно шире, а физические параметры, характеризующие влияние шума на организм человека, несравненно выше [5].
При движении автомобиля шум создается двигателем внутреннего
сгорания, шасси автомобиля (в основном механизмами трансмиссии
и кузовом) и в результате взаимодействия шин с дорожным покрытием
[6]. У технически исправного легкового автомобиля, имеющего небольшой пробег, основной источник шума – взаимодействие шин с дорожным покрытием, у грузового автомобиля шум шин составляет
меньшую долю. В результате взаимодействия колеса с дорожным покрытием возникает шум, уровень и характеристики которого зависят от
типа автомобиля, конструкции подвески, рисунка протектора, нагрузки
на шину, ее жесткости и давления в ней [2].
Шумовое загрязнение оценивается по следующим параметрам:
уровню звука, громкости, вибрации и звуковому давлению. Основной
характеристикой шумового загрязнения является эквивалентный уровень звука [3].
Основными характеристиками эквивалентного уровня звука, создаваемого автотранспортом, являются: интенсивность движения, средняя скорость потока автомобилей, доли легковых, грузовых автомобилей и автобусов. Данные характеристики варьируют в течение суток
и года [1].
Для подтверждения данных о шумовом воздействии автотранспорта было проведено исследование. Объектом исследования был выбран
правобережный Ленинский район г. Перми (комплекс ПНИПУ). Данная территория обладает развитой инфраструктурой. Здесь расположены следующие объекты: жилые здания (различной этажности), места
для парковки автотранспортных средств, детские дошкольные учреждения, места для отдыха и занятия спортом населения, учебные корпуса ПНИПУ, научные учреждения. Рассматривается шум от автотранспорта, движущегося по улицам Академика Королёва, Профессора Поздеева и Профессора Дедюкина.
Измерения уровней шума проводятся шумомером «Ассистент»
(№ 140012, комплектация TOTAL). Измерительное оборудование выпущено приборостроительной компанией «НТМ-Защита».
206
Рис. 1. Схема расположения точек замеров
шумового воздействия
Измерения проводились в утреннее время 9.00–10.00 и дневное
11.00–13.00 на участках дорог с установившейся скоростью движения
транспортных средств и на расстоянии не менее 50 м от перекрестков,
транспортных площадей и остановочных пунктов пассажирского общественного транспорта. Время для замеров было выбрано с учетом
наибольшей интенсивности движения. Уровень шума измеряется на
расстоянии 7,5 м от пути движения транспортных средств на высоте
1,5 м от уровня покрытия проезжей части (рис. 1). Измерения проходили при соблюдении требований по метеоусловиям – скорость ветра не
более 5 м/с, отсутствие атмосферных осадков.
Высокая интенсивность движения отмечена на 8-м участке замеров,
участки со средней интенсивностью движения – 2, 3, 4, 5, 6-й. На всех
участках замеров преобладающая доля транспортных средств – легковые
автомобили (см. рис. 1).
По результатам эксперимента отмечено, что шум от транспортных
объектов является высокочастотным и широкополосным. Наибольшее
превышение в 30,9 Дб зафиксировано на участке № 8 (рис. 2). Данный
участок характеризуется высокой интенсивностью движения с наибольшей долей грузовых транспортных средств и автобусов, по обеим сторонам дороги имеется лесонасаждение, которое отражает звуковые волны.
На основании результатов эксперимента проведено моделирование
распространения уровней шума. В качестве программного продукта
использовался «Эколог-шум», разработчик ООО «Фирма “Интеграл”»,
207
г. С-Петербург, который позволяет проводить расчет распространения
шума от внешних источников.
Рис. 2. Сводная диаграмма по результатам замеров
уровня звука транспортного потока
Фрагменты выделенной зоны позволяют сделать вывод об акустической обстановке. Изолиниями на карте показаны уровни шума (Дб).
Каждое числовое значение окрашивается в свой цвет (рис. 3).
Рис. 3. Моделирование распространения шумового
воздействия от автотранспорта
Наибольшее влияние на жилую зону оказывают участки № 8 и 2.
На данных участках двухполосное движение транспорта. Жилая зона по
ул. Академика Королева попадает в зону акустического дискомфорта.
При дальнейшем развитии комплекса ПНИПУ увеличится транспортная нагрузка. Как следствие, увеличится влияние шумового воздействия. Необходим поиск решений по минимизации увеличения шумового воздействия при дальнейшем развитии комплекса ПНИПУ.
208
Список литературы
1. Бочаров А.А., Колесник А.Г., Соловьев А.В. Акустические
шумы урбанизированных территорий на примере г. Томска // Изв. Том.
политехн. ун-та. – 2012. – Т. 321, № 1. – С. 191–196.
2. Васильева В.В. Анализ шумового воздействия транспорта на городскую среду и население / Госуниверситет–УНПК. – Орел, 2013. –
С. 101–108.
3. Экология города: учеб. пособие / В.В. Денисов, А.С. Курбатова,
И.А. Денисова [и др.]. – М.; Ростов-н/Д: МарТ, 2008. – 832 с.
4. Пучков М.В. Университетский кампус. Принципы создания пространства современных университетских комплексов // Вестник Тюм.
гос. архит.-строит. ун-та. – 2011. – № 3. – С. 79–88.
5. Суторихин И.А., Литвиненко С.А. Геоинформационная система
контроля уровня шумового загрязнения индустриального центра. –
Барнаул, 2011. – 75 с.
6. Щербина Е.В., Ренц А.И., Маршалкович А.С. Оценка влияния
автотранспортных потоков на шумовой режим городской среды: учеб.
пособие / Моск. гос. строит. ун-т. – М., 2013. – 72 с.
Об авторах
Панькова Екатерина Илдусовна (Пермь, Россия) – магистрант
кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; е-mail: t89523234979@gmail.com).
Батракова Галина Михайловна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет
(614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29).
209
УДК 628.31
ВЫБОР СОРБЦИОННЫХ ВОЛОКНИСТЫХ
МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЛИВНЕВЫХ
СТОЧНЫХ ВОД С АВТОДОРОГ
Е.Ю. Попова, И.С. Глушанкова, Я.И. Вайсман
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Рассмотрена проблема выбора сорбционных материалов для очистки
от взвешенных веществ и нефтепродуктов в ливневых сточных водах. Проведен анализ способности сорбционных волокнистых материалов к поглощению нефтепродуктов в фильтрах для очистки ливневых вод с автодорог.
Ключевые слова: фильтр, взвешенное вещество, сорбция, нефтепродукт, ливневая канализация, волокно, очистка, ливневые сточные воды (ЛСВ).
В крупных городах и на скоростных автомобильных магистралях
поверхностные стоки являются постоянным источником негативного
воздействия на водные объекты и почвенные слои.
Основными загрязняющими веществами поверхностного стока с автодорог являются взвешенные вещества, нефтепродукты, ионы тяжелых
металлов, содержание которых могут превышать нормативные показатели в десятки раз.
Поступление нефтепродуктов на поверхность автодорог связано
с протечками топлива, моторного масла, трансмиссионного масла, смазочных материалов из различных систем автомобиля. Скорость поступления нефтепродуктов на дорогу в результате таких утечек из одной
автомашины составляет от долей миллиграмма до нескольких миллиграмм в секунду1.
Источником взвешенных загрязняющих веществ являются продукты истирания шин, асфальтового покрытия, просыпи грузов, вынос на
колёсах грязи автомобилей, выехавших с грунтовых дорог. Кроме того,
много взвешенных веществ остаётся после зимней обработки дорог
песчано-солевыми смесями.
1
СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги: нормативно-технический материал.
М., 1987. 59 с.
210
Одним из способов снижения негативного воздействия загрязненных поверхностных стоков с автомобильных дорог на прилегающую
территорию и водные объекты является организованный сбор поверхностных сточных вод в систему водоотвода с их последующей очисткой.
В России вопросам очистки поверхностных сточных вод с автодорог
серьезное внимание стало уделяться только в последние годы. Особенно
важно решение этой проблемы для очистки ливневого стока с дорог, мостов и эстакад в пределах водоохранной зоны рек и водоёмов. Согласно
СНиП 2.05 «Автомобильные дороги» (п. 3.6) «На дорогах в пределах водоохранных зон следует предусматривать организованный сбор воды
с поверхности проезжей части с последующей её очисткой или отводом
в места, исключающие загрязнения источников водоснабжения»2.
В связи с этим разработка локальных очистных сооружений
(ЛОС) для поверхностного стока с автодорог является актуальной экологической и технологической задачей.
Усредненный состав ливневых сточных вод со скоростных автомагистралей по основным загрязняющим веществам может изменяться
в следующих пределах: взвешенные вещества 780–1300 мг/дм3; нефтепродукты 10,0–20,0 мг/дм3.
Согласно современному природоохранному законодательству при
сбросе очищенных сточных вод в водные объекты содержание загрязняющих веществ не должно превышать ПДКрыб-хоз: взвешенные вещества 3–4 мг/дм3; нефтепродукты 0,05 мг/дм3.
Анализ состава ЛСВ свидетельствует о средней степени загрязнения ЛСВ и позволяет судить о возможности применения для их очистки безреагентных методов – механических и сорбционных.
В настоящее время очистку поверхностных сточных вод с автодорог предлагается осуществлять в ЛОС в подземном исполнении, представляющих собой фильтрующие патроны с комбинированной загрузкой, позволяющей производить очистку воды от взвешенных, эмульгированных примесей, а также от растворенных нефтепродуктов и других
органических веществ3. При этом ЛОС устанавливаются в стандартные
железобетонные колодцы ниже глубины промерзания.
2
СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод:
санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. М., 2000. 10 с.
3
СН 496-77. Проектирование сооружений для очистки поверхностных вод: нормативно-технический материал. М., 1977. 32 с.
211
Фильтрующий патрон состоит из двух слоев. Первый верхний слой
предназначен для очистки ЛСВ от взвешенных веществ и эмульгированных примесей, второй слой – для очистки ЛСВ от растворенных нефтепродуктов, других органических примесей, ионов тяжелых металлов.
Для очистки ЛСВ от взвешенных веществ и эмульгированных
примесей наиболее целесообразно использование волокнистых фильтрующих материалов.
Анализ научно-технической информации показал, что для очистки
воды от мелковзвешенных и эмульгированных частиц могут быть использованы следующие синтетические волокна:
♦ полиэфирное, например синтепоны различных марок;
♦ полиамидное;
♦ полипропиленовое волокно;
♦ модифицированное базальтовое.
Они имеют высокую прочность на растяжение: от 70 до 600 н/см2,
высокий коэффициент фильтрации: от 1 до 10 м/час, незначительный
удельный вес и толщину. Синтетические волокна диаметром 10–30 мкм
и длиной 50–100 мм в процессе изготовления образуют пористую
структуру с размерами пор 40–150 мкм в одном слое. Волокнистый материал имеет толщину 2–6 мм, количество слоев 3–5 в зависимости от
природы материала. При фильтровании через него струя жидкости разбивается на более мелкие струи, которые движутся по многократно меняющимся траекториям, что сопровождается осаждением твердой фазы
как внутри материала, так и на его поверхности4.
Волокнистые материалы способны поглощать как мелко взвешенные вещества, так и эмульгированные примеси. В процессе поглощения нефтепродуктов волокна способны раздвигаться, создавая специфическую структуру (рисунок).
Критериями при выборе волокнистых материалов для очистки воды от взвешенных веществ и нефтепродуктов были выбраны следующие показатели:
– высокий показатель грязеемкости и нефтеемкости;
– способность удерживать поглощенный нефтепродукт;
– химическая стойкость;
– гидрофобность;
– способность к регенерации.
4
Рекомендации по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов. – М.: СоюздорНИИ, 1995. –113 с.
212
а
б
в
Рис. Структура волокнистого сорбента: а – структура волокнистого
сорбента; б – поглощение нефтепродукта объемом сорбента
на начальной стадии адсорбции; в – структура волокнистого
сорбента на конечной стадии адсорбции
С целью оценки возможности использования волокнистых материалов в фильтр-патронах для очистки ливневых сточных вод были
проведены исследования по определению нефтеемкости на двух образцах волокнистых материалов: синтепоне, объемном нетканом материале, получаемом при помощи термоскрепления волокнистого холста из
смеси полиэфирных волокон, и пропиленовом волокнистом материале
марок «Ирвелен – 1» и «Ирвелен – 2».
Структура волокнистого материала ирвелен достаточна сложна. Материал имеет неоднородную структуру – хлопья, волокно с разбросом
диаметра от 3 до 200 микрон и правленый в виде всевозможных форм
полипропилен. Вся структура материала едина за счет наличия достаточно большого количества волокна, которое сплетено специальным образом крест-накрест. При этом волокно и хлопья создают структуру, которую довольно сложно нарушить, в том числе и прессованием [1].
В качестве нефтепродуктов использовали моторное масло и бензин
марки А-95.
Результаты исследования представлены в таблице.
Нефтеемкость волокнистых материалов
Волокнистый материал
Синтепон
(плотность при укладке 50 кг/м3)
«Ирвелен – 1»
(плотность при укладке 70 кг/м3)
«Ирвелен – 2»
(плотность при укладке 125 кг/м3)
Емкость, г/г
Моторное масло
Бензин марки А-95
8,5
8,0
12
10
16
14
213
Анализ полученных данных позволил выбрать наиболее эффективный волокнистый материал «Ирвелен – 2». Технические характеристики материала представлены ниже [1]:
Температура плавления, °С
Температура деструкции, °С
Температура воспламенения, °С
Температура самовоспламенения, °С
Теплота сгорания, кДж/кг
Гидрофобность, %
Плавучесть, %
Коэффициент фильтрации, от м2
Класс опасности.
Скорость поглощения (адсорбции и адгезии), с
160–176
300
345
390
46 800
100
100
190
не опасен
0,5–1,0
Для определения высоты слоя фильтрующей загрузки и диаметра
патрона рассчитан ресурс работы фильтрующих слоев с учетом нефтеи грязеемкости волокнистого материала. Диаметр и высота фильтрующего патрона для очистки ЛСВ зависят от производительности очистных сооружений.
При производительности установки 4,0 м3/ч и скорости фильтрации
5 м/час, площадь фильтрующего патрона составляет 0,8 м2, при скорости
фильтрации 8 м/час – 0,5 м2. Ресурс фильтрационной загрузки – «Ирвелен – 2» при высоте слоя 600 мм составляет не менее 3 месяцев.
Актуальным на сегодняшний день является поиск новых сорбционных материалов, обладающих высокой активностью по отношению
к нефтепродуктам. Именно таким материалом оказался полипропилен,
состоящий из микроскопических волокон.
На основании анализа научно-технической информации и проведенных исследований в качестве фильтрующей загрузки в фильтр-патроне очистки ливневых сточных вод с автодорог предлагается использовать волокнистый материал ирвелен, способный как к поглощению
мелковзвешенных примесей, так и нефтепродуктов. Сорбент обладает
высокой нефтеемкостью и удерживающей способностью. Одним из
преимуществ сорбента является его регенерация, происходящая до
полного насыщения материала. Возможности многократного применения полипропилена делает его экономически выгодным сорбентом.
Утилизация полипропилена ведется наиболее распространенным методом – термическим, а именно сжиганием. Как правило, сжигание осу214
ществляется в тепловых установках различных конструкций при температуре не менее 1200 °С. В результате образуется оксид углерода, твердые
частицы и другие загрязняющие вещества, не превышающие предельно
допустимых норм, так как проходят через воздушные фильтры. Сжигание
насыщенного нефтепродуктом полипропилена дает большую калорийность и может использоваться в качестве тепла.
Список литературы
1. Официальный сайт холдинговой компании «Меншен групп»
[Электронный ресурс]. – URL: http: //www.irvelen.com
2. Свалова К.В. Механический способ очистки сточных вод горных
предприятий с помощью фильтров на основе волокнистых полимерных
материалов // Молодой ученый. – 2013. – № 1. – С. 56–58.
Об авторах
Попова Елена Юрьевна (Березники, Россия) – студентка, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
(614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: ya.ef-ber@yandex.ru).
Глушанкова Ирина Самуиловна (Пермь, Россия) – доктор технический наук, профессор кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет
(614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29).
Вайсман Яков Иосифович (Пермь, Россия) – доктор медицинских
наук, профессор, научный руководитель кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29).
215
УДК 658.657.5+622.691]: 606
ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ОБВОДНЕННЫХ
ОТХОДОВ ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА
М.И. Халецкая, Г.С. Арзамасова
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Статья посвящена вариантам утилизации и очистки обводненных
отходов газового конденсата, образующихся на компрессорных станциях
в результате очистки транспортируемого газа от примесей. Представлены обоснования возможности применения активных углей для очистки
обводненных отходов газового конденсата, а также использования отхода в качестве орошающей жидкости в технологии биоремедиации.
Ключевые слова: отход газового конденсата, активные угли, обводненные отходы, очистка газа, сорбционная очистка, биотехнологическое
обезвреживание.
Одной из приоритетных экологических проблем промышленных
предприятий, в том числе и предприятий газотранспортного комплекса,
является решение вопросов экологически безопасного обращения с отходами, поиск и внедрение новых экологически и экономически обоснованных технологий обезвреживания и утилизации отходов, которые являются
неотъемлемой частью основных технологических процессов. Так, на
предприятиях газотранспортного комплекса в процессе очистки природного газа, которая обеспечивает качество транспортируемого газа, а также
обусловливает надежность и безопасность технологического оборудования и процесса транспортировки в целом, образуются нефтесодержащие
отходы. Такие отходы (отходы очистки природного газа на компрессорных станциях и магистральных газопроводах – отходы газового конденсата) можно отнести к жидким нефтесодержащим отходам переменного
состава, что может быть обусловлено составом транспортируемого газа,
качеством и количеством проводимых на участках магистральных газопроводов профилактических работ, вероятностью попадания осадков
и талых вод (при проведении ремонтных работ в весенне-летний период).
Компонентный состав отходов газового конденсата (ОГК) включает нефтепродукты (газовый конденсат, нефтяные масла) от 1 до 98 %,
216
воду от 1 до 90 % и механические примеси до 55 %. Для обезвреживания ОГК рекомендованы различные методы обезвреживания в зависимости от состава отходов (таблица) [1].
По составу ОГК представляют собой водонефтяную эмульсию, которая хорошо поддается разделению при отстаивании, в отдельных случаях при добавлении ПАВ, а также с помощью центрифугирования
и сепарации, что позволяет отделять от них ценную углеводородную составляющую. В дальнейшем нефтесодержащая фракция ОГК может
быть использована для получения ценных углеводородов (преимущественного метанового ряда), а также для получения печного топлива или
в качестве органической добавки к топливу. Такой вариант утилизации
рекомендован при высоких содержаниях нефтепродуктов более 30 %.
Методы обращения с отходами очистки природного газа
от механических примесей
Наименование
метода
Химические
Термические
Биологические
Комплексные
Использование
Описание
Условия
Утилизация в установках химического
обезвреживания. Обезвреживание с поСодержание
лучением порошка утилизации нефтешмеханических
ламов происходит при смешении отхопримесей 70–99 %;
дов газового конденсата с негашеной углеводородов 1–30 %
известью, водой и ПАВ
Содержание
Утилизация в передвижных
механических
и стационарных установках
примесей 70–99 %;
термического обезвреживания
углеводородов 1–30 %
Содержание
Утилизация в установках
механических
биологического обезвреживания
примесей 70–99 %;
углеводородов 1–30 %
Содержание
Комбинация термических
механических
и биологических методов
примесей 70–99 %;
углеводородов 1–30 %
Извлечение ценных углеводородов
Содержание углеводои их дальнейшее использование
родов 30–99 %
Примечание. Описание и условия, по которым осуществляется выбор метода
обезвреживания данного типа отходов, сформированы на основании СТО ГАЗПРОМ
2-3.5-529-2011 «Утилизация отходов очистки природного газа на компрессорных станциях и магистральных газопроводах» ООО «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологии – ВНИИГАЗ», дата введения-2011-07-20
217
Механические примеси, которые также образуются при отстаивании ОГК, могут быть собраны в отдельные емкости и в последующем
утилизированы совместно с густой фракцией ОГК. Густая фракция
ОГК, которая представляет нефтесодержащих шлам и образуется при
профилактическом обслуживании установок очистки природного газа,
на компрессорных станциях собирается отдельно от жидкой в герметичные контейнеры и в дальнейшем передается на обезвреживание. По
результатам исследований [2,3] густая фракция ОГК может быть утилизирована технологией биоремедиации либо термическими методами,
в зависимости от концентрации нефтепродуктов.
При этом остается проблема утилизации обводненных ОГК, а также
оставшейся после разделения ОГК водной фазы. Для данного типа ОГК
можно рассмотреть два варианта утилизации: очистка отходов с использованием сорбционных методов удаления остаточных нефтепродуктов,
а также обезвреживание с помощью биотехнологических методов [4].
Так как обводненные ОГК состоят из преимущественно их воды
и содержат растворенные нефтепродукты, то наиболее оптимальным
способом очистки можно считать адсорбционные методы. Для очистки
обводненных отходов ОГК с учетом их компонентного состава, количества образуемого отхода наиболее приемлемым является активный
уголь марки АГ-3 [5].
АГ-3 представляет собой гранулированный активный уголь на каменноугольной основе с микро- и макропорами, размерами частиц
1,5–2,8 мм. Данная марка угля является универсальной для всех видов
очистки промышленных паров и стоков. Прочность АГ-3 позволяет
проводить очистку как для небольших объемов стоков, так и для больших объемов [5, 6]. Обводненные отходы ОГК можно очищать в адсорберах или в фильтрах. Преимущество гранулированного активного
угля данной марки состоит в том, что его можно термически регенерировать, восстанавливая свои первоначальные свойства с минимальной
потерей общей массы. После очистки на сорбционных фильтрах очищенную воду можно сбрасывать в систему канализации или использовать в качестве технической воды.
Второй вариант обезвреживания обводненных ОГК – утилизация
биотехнологическим методом. По результатам исследований обводненные ОГК могут быть использованы в качестве орошающей жидкости в технологии биоремедиации.
В качестве орошающей жидкости в технологии биоремедиации,
которая заключается в очистке техногенно-загрязненных грунтов угле218
водородокисляющими организмами на площадках биоремедиации или
в биореакторе, используют водопроводную воду, так как она необходима для поддержания оптимальной влажности и среды для активной
деятельности микроорганизмов. Так как обводненные ОГК почти полностью состоят из воды, отход можно использовать в качестве орошающей жидкости взамен водопроводной воды, тем самым снижая
расходы на компоненты, необходимые для поддержания процесса биоремедиации. При этом необходимо учитывать концентрацию нефтепродуктов в утилизируемых отходах, так как при добавлении обводненных ОГК концентрация их будет увеличиваться, что обусловлено
остаточными концентрациями нефтепродуктов, которые могут варьироваться в широком диапазоне от (0,18±0,02) до (0,95±0,03 г/л. Результаты исследования использования обводненных ОГК в качестве орошающей жидкости показали, что процесс деструкции углеводородов
протекает в нормальных условиях (не происходит изменения влажности и кислотности) с высокой эффективностью, до 20 % (рисунок).
Рис. Исследования процесса биоремедиации нефтезагрязненных
почв (85,0±8,7) г/кг с внесением обводненных ОГК в качестве
орошающей жидкости
Исследования проводились на протяжении 12 недель, отслеживались концентрации нефтепродуктов в трех опытных образцах (Опыт 1,
Опыт 2, Опыт 3), представляющих собой нефтезагрязненную почву
с начальной конценрацией нефтепродуктов (85,0±8,7) г/кг, в которые
в различных объемах и с периодичностью внесения добавляли обводненные ОГК. Также отслеживалась концентрация нефтепродуктов
в контрольной почве без добавления обводненных ОГК.
219
По результатам проведенных исследований было выявлено, что
обводненные ОГК, представляющие собой воду, с содержанием остаточных нефтепродуктов, растворенными микро- и макроэлементами,
могут быть обезврежены способом сорбционной очистки нефтесодержащих сточных вод с помощью активного гранулированного угля на
каменноугольной основе марки АГ-3, а также биотехнологическим методом, заключающимся в использовании обводненных ОГК в качестве
орошающей жидкости в технологии биоремедиации с возможностью
интенсификации процесса биодеструкции нефтепродуктов до 20 %.
Список литературы
1. Арзамасова Г.С., Карманов В.В. Извлечение ценных углеводородов как способ повышения экологической безопасности обращения
с нефтесодержащими отходами газотранспортных предприятий // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического
университета. Урбанистика. – 2013. – № 4. – С. 124–133.
2. Ахмадиев М.В., Арзамасова Г.С., Чугайнова А.А. Обоснование
биотехнологического способа переработки отхода газового конденсата //
Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. – 2014. – № 1. – С. 7–18.
3. Арзамасова Г.С. Обоснование выбора технологии утилизации
отходов газокомпрессорных станций // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная
экология. Урбанистика. – 2014. – № 2 (14). – С. 97–107.
4. Инженерная защита окружающей среды. Очистка вод. Утилизация
отходов / под ред. Ю.А. Бирмана, Н.Г. Вурдовой. – М.: АСВ, 2002. – 296 с.
5. Ягафарова Г.Г. Современные методы переработки нефтешламов. – М.: Химия, 2010. – 190 с.
6. Мухин В.М., Клушин В.Н. Производство и применение углеродных
адсорбентов // Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева. – 2012. – 307 с.
Об авторах
Халецкая Марина Игоревна (Пермь, Россия) – студентка, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
(614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: HaleckayaM@gmail.ru).
Арзамасова Галина Сергеевна (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры «Охрана окружающей среды», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь,
Комсомольский пр., 29; e-mail: arzamasova-g@eco.pstu.ac.ru).
220
УДК 338.47/656
ФОРМИРОВАНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОГО
КОМПЛЕКСА МАЛЫХ ГОРОДОВ ПЕРМСКОГО КРАЯ
М.А. Ярков
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет (Лысьвенский филиал), Россия
Рассматриваются проблемы транспортного комплекса малых городов Пермского края. Проведен анализ теоретических вопросов организации автомобильного движения, а также отражена специфика данного
вопроса в Пермском крае.
Ключевые слова: транспортные потоки, дорожная сеть, магистральная сеть, плотность потока, улично-дорожная сеть, Пермский край,
дорожная сеть.
На сегодняшний день проблема управления транспортными потоками городов становится приоритетной задачей не только в крупных
городах. Системы управления транспортной сетью должны быть основаны на исследованиях транспортных потоков и создании прогнозируемого алгоритма движения транспортных средств. Главными критериями оценки состояния транспортной нагрузки являются интенсивность движения транспорта, движение общественного транспорта,
средняя скорость движения, заторы, задержки [2]. Это напрямую относится к переходу на путь инновационного развития с использованием
интеллектуальных транспортных систем и высокоскоростных транспортных коммуникаций.
В процессе развития транспортных систем основным направлением
функционирования является создание связи между подсистемами для
соответствия параметров магистральной сети и транспортной нагрузки.
Несмотря на различия транспортных систем в крупных и малых
городах, существует ряд общих факторов: плотность населения, рост
автомобилизации и неразвитая инфраструктура [5].
Организация управления транспортным комплексом города включает в себя управление внутригородским и междугородним пассажирским транспортом, специализированным транспортом, грузовым
транспортом, транспортными депо, гаражами, вокзалами, автостоян221
ками, парковками, заправочными и ремонтными станциями, сервисными службами [3].
Для управления транспортным комплексом города необходимо соблюдать соответствие мощностей всех звеньев транспортной системы.
Основными задачами муниципальных органов по управлению транспортным комплексом являются [1]:
– обеспечение функционирования транспортных линий и магистралей;
– организация системы транспортного движения;
– диспетчеризация и контроль транспортного движения;
– контроль состояния муниципального подвижного состава;
– обеспечение безопасности на транспорте.
В большинстве российских городов существуют проблемы, связанные с управлением транспортным комплексом и транспортной системой в целом.
Специфика формирования дорожных сетей различных видов определяет целесообразность опережения развития относительно других
отраслей. Развитие транспортной системы необходимо базировать на
экстенсивном увеличении автопарка городов и региона в целом.
Повышение эффективности транспортной сети основывается на
следующих принципах:
– опережающие развитие транспортной отрасли;
– планомерный подход к финансированию транспортной отрасли;
– развитие координации взаимодействия различных видов транспорта;
– развитие конкурентного потенциала транзитных видов транспорта;
– обновление автомобильного парка.
Сегодня в Пермском крае наблюдается тенденция ускоренной деградации муниципальных и региональных автодорог. Наиболее слабо развита местная дорожная сеть в г. Гремячинске, Краснокамске, Чусовом.
Автомобильный транспорт Пермского края на данный момент
имеет ряд основных проблем:
– перегрузка автомобильных дорог федерального и регионального
значения;
– недостаточный уровень технического состояния автодорожной сети;
– высокий уровень износа парка автотранспортных средств;
– низкий уровень транспортной инфраструктуры.
Серьезной проблемой на данный момент является низкая пропускная способность дорожной сети. Проблема пропускной способности
222
касается не только крупных, но и малых городов, так как большинство
транспортных развязок, путепроводов, проезжих частей и улиц города
не рассчитаны на высокий рост автомобилизации. Массовая автомобилизация требует модернизации улично-дорожной сети. К этим мерам
можно отнести:
– расширение проезжих частей;
– увеличение числа парковочных мест и стоянок транспортных
средств;
– строительство развязок и объездных дорог;
– ремонт и обслуживание существующих проезжих частей.
Создание системы диагностики и мониторинга состава интенсивности движения на муниципальных и региональных автодорогах позволит прогнозировать развитие транспортной системы [4].
Негативное развитие дорожной сети Пермского края характеризуется увеличением количества автотранспортных средств и повышением
уровня автомобилизации. Необходимость формирования дорожной
инфраструктуры диктуется увеличением доли перевозки грузов и пассажиров автомобильным транспортом. Главной задачей развития автомобильных дорог Пермского края является создание единой дорожной
сети. Формирование единой дорожной сети предусматривает:
– анализ и мониторинг интенсивности движения;
– диагностика транспортно-эксплуатационных показателей дорог;
– развитие безопасной внутригородской улично-дорожной сети;
– формирование новых прямых автотранспортных связей между
центрами муниципальных районов;
– увеличение количества магистральных сетей транспортной коммуникации.
Вопрос развития автомобильного транспорта приобретает особое
значение. Для обеспечения высокого уровня развития транспортного
комплекса и транспортной сети в целом необходимо развитие инфраструктуры. Для этого должны быть разработаны и внедрены такие механизмы как:
– реконструкция и строительство транспортных магистралей;
– обновление парка автотранспортных средств и повышение качества транспортных услуг;
– оптимизация движения потоков транспортных средств.
Комплексное развитие транспортного потенциала характеризуется
саморегулированием автомобильного транспорта на местном муниципальном уровне.
223
Таким образом, становится очевидной необходимость создания системы мер, позволяющих не только снизить нагрузку в определенных узлах УДС, но и спланировать застройку с учётом растущего количества
автомобилей.
Список литературы
1. Бусалов Е.Ф. Организация управления в городском хозяйстве. –
М., 2012. – С. 72.
2. Новик А.А. Правовое регулирование пассажирских перевозок
городским транспортом общего пользования // Транспортное право. –
2005. – № 1. – С. 41–44.
3. Сираждинова Р.Ж. Управление в городском хозяйстве: учеб. пособие. – М.: КНОРУС, 2009. – 352 с.
4. Чернова Г.А. Рыночное развитие пассажирских перевозок пассажиров должно быть управляемым // Пассажирский транспорт. –
2009. – № 2. – С. 12.
5. Социально-экономические проблемы развития транспортных
систем городов / Материалы IV Междунар. (VII Екатеринбургской) науч.-практ. конф. – Екатеринбург: Комвакс, 1998. – 126 с.
Об авторе
Ярков Михаил Андреевич (Пермь, Россия) – студент, Пермский
национальный исследовательский политехнический университет (Лысьвенский филиал) (618900, г. Лысьва, ул. Ленина, 2а; e-mail: Michael_
Yarkov@mail.ru).
224
Секция 3
МОДЕРНИЗАЦИЯ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ,
СТРОИТЕЛЬСТВО И РЕКОНСТРУКЦИЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ, МОСТОВ,
ТОННЕЛЕЙ, АЭРОДРОМОВ,
ТРУБОПРОВОДОВ, ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
ДОРОЖНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ
225
УДК 629.073: 624.139
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ
ВНУТРИГРУНТОВОГО ИСТОЧНИКА ТЕПЛА
НА ПРОМЕРЗАНИЕ-ОТТАИВАНИЕ ГРУНТОВОГО МАССИВА
М.Н. Апталаев
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет (Лысьвенский филиал), Россия
Число дорожно-транспортных происшествий, допущенных по причине неудовлетворительного состояния дорог и улиц, растет год от года
как в России, так и в Пермском крае в частности. Одним из наиболее значимых негативных факторов, вызывающих ухудшение условий эксплуатации дорог и улиц, а в дальнейшем и их разрушение, является строительство дорог в зоне действия подземных инженерных коммуникаций.
Для оценки эффективности применяемых методов снижения влияния
канального либо бесканального теплопровода на ход сезонного промерзания,
оттаивания и других процессов, протекающих в грунте, было выполнено
данное исследование. Выбрана математическая модель для численной оценки влияния трубопровода на систему «грунтовый массив – дорожная одежда». Приведено описание эксперимента по изучению хода сезонного промерзания грунтового массива. Выполнено сравнение эффективности наиболее
популярных теплоизоляционных материалов, применяемых при прокладке
теплопроводов, и конструкций каналов по снижению влияния подземных
инженерных коммуникаций на тепловой режим грунтового массива.
Исследование показало, что трубопровод подземной прокладки (как
канальный, так и бесканальный) оказывает значительное влияние на тепловой режим грунтового массива, а наиболее эффективным методом
снижения его влияния на земляное полотно будет применение железобетонного коллектора с теплоизоляцией из пенополиуретана.
Ключевые слова: подземные инженерные коммуникации, математическое моделирование, теплопроводность грунта, водно-тепловой режим грунтового массива, методы теплоизоляции, теплоизоляционные материалы.
Согласно регламентным таблицам ГИБДД РФ ежегодно до 25 %
всех дорожно-транспортных происшествий (ДТП), допущенных на
территории Российской Федерации, происходят по причине неудовлетворительного состояния дорог и улиц (Регламентные таблицы ГИБДД
2014–2015 гг.).
226
Надежность и долговечность дорожных одежд определяется действием многих факторов: нагрузки, действующие на дорогу от проезжающих по ней транспортных средств, грунтовые и поверхностные воды, природно-климатические факторы, хозяйственная деятельность
людей в окрестности автомобильной дороги.
Основное негативное воздействие на дорогу связано с водой. Так,
крайне опасным является воздействие динамических нагрузок от проезжающего транспорта на дорожную одежду в периоды сильного увлажнения и переувлажнения ее основания и земляного полотна. Крайне
негативно на состоянии дорожной одежды сказывается промерзание
влажного грунта. Промерзание может распространяться на 1,0–2,50 м
в глубину грунта в зависимости от климатических условий. Вода
в грунте может замерзнуть до глубины промерзания, что вызывает
увеличение ее объема на десять процентов [1]. Поскольку в связанном
грунте нет места для увеличения объема, грунт начинает подниматься
вверх. Наблюдается так называемое морозное пучение, обусловленное
образованием ледяных линз. Подобные движения грунта могут приводить к значительным разрушениям дорожных покрытий.
Основное негативное воздействие на дорогу связано с водой.
Главные источники увлажнения дорожных одежд:
– атмосферные осадки, просачивающиеся через трещины в покрытии, через обочины;
– вода, скапливающаяся на поверхности дорожного полотна;
– вода, застаивающаяся в боковых резервуарах и кюветах;
– грунтовая вода, поднимающаяся к поверхности по капиллярам;
– парообразная вода, перемещающаяся от теплых слоев к более
холодным [2].
Наличие подземных инженерных коммуникаций (водо- и теплопроводов) вблизи дорог и улиц способствует удлинению талого периода для грунта земляного полотна и, следовательно, увеличению периода накопления остаточных деформаций в дорожном полотне. Прокладка подземных теплопроводов увеличивает число циклов замерзанияоттаивания грунта, что вызывает еще большую прогрессию в накоплении остаточных деформаций земляного полотна. Также в области действия внутригрунтовых источников тепла может наблюдаться незначительное увеличение влажности грунта по сравнению с обычными участками, что также сказывается на темпе накопления деформаций
в системе «дорожная одежда – земляное полотно» [3].
227
Для обоснования рекомендаций по размещению сетей инженерных коммуникаций в окрестностях объектов транспортной инфраструктуры требуется получить модель влияния внутригрунтового источника тепла (подземного трубопровода) на водно-тепловой режим
грунтового массива дорожной одежды, проверить ее достоверность,
провести расчеты для определения оптимальных параметров теплои гидроизоляции внутригрунтовых источников тепла.
Схема исследуемой системы «подземный трубопровод – дорожная одежда» представлена на рисунке.
Рис. Система «подземный трубопровод – дорожная одежда»:
H – глубина оси трубопровода; h1 (h2) – толщина слоев дорожной
одежды; b – горизонтальное расстояние между осями труб
трубопровода; tв – температура воздуха окружающей среды;
tгр – температура грунта на глубине оси трубопровода
В целях практического изучения влияния внутригрунтового источника тепла на температурный режим грунтового массива, а также на
процессы замерзания-оттаивания был проведен натурный эксперимент.
Экспериментальная установка состояла из следующих компонентов:
– программируемый цифровой термометр DS18B20+PAR;
– адаптер 1-Wire DS9490;
– неэкранированная витая пара;
– персональный компьютер;
– источник питания;
– программное обеспечение Benuks.
Эксперимент проводился в течение 6 месяцев 2014 г. на территории г. Лысьвы Пермского края. Лента датчиков погружалась верти228
кально на глубину 2 м, опрос датчиков производился трижды в день.
В результате были собраны данные о процессах промерзанияоттаивания для двух участков: с наличием и без внутригрунтового источника тепла и искусственных сооружений.
Замечено, что температура участка с подземным трубопроводом никогда не опускается ниже 0 °С на глубине 2 м (данное значение соответствует нормативной глубине промерзания грунта по СНиП 2.02.01-83*.
Основания зданий и сооружений для исследуемого типа грунта).
Для расчета температурного режима грунтового массива использовалась методика, предложенная профессором А.П. Сафоновым [4].
Требуемое выражение базируется на уравнении теплопроводности
полого цилиндра (трубы) произвольной трубы


 2π ⋅ L) 
 (t2 − t1 ),
Q = λ
 h d2 
 d 
1 

(1)
где Q – количество тепла, проходящего за единицу времени, Вт; λ – теплопроводность, Вт/(м · °С); L – длина полого цилиндра, м; d1, d2 –
внутренний и внешний диаметры трубы соответственно, м; t1, t2 – температура между противоположными поверхностями цилиндра, °С.
Развёрнутое выражение для определения температуры в произвольной точке грунтового массива вокруг двухтрубного теплопровода,
полученное преобразованием уравнения Ламе и Клапейрона, предложено А.П. Сафоновым [4].
t = t0 +
q1
q2
( x − b) 2 + ( y + h) 2
x 2 + ( y + h) 2
ln 2
ln
+
( x − b) 2 + ( y − h) 2
2π ⋅ λ гр
x + ( y − h) 2 2π ⋅ λ гр
(2)
где t0 – температура грунта на глубине оси трубопровода, °С; q1, q2 –
удельные тепловые потери первой и второй трубы соответственно,
Вт/м; λгр – теплопроводность грунта, Вт/(м · °С); х и y – координаты
расположения точки в грунте, м; b – горизонтальное расстояние между
осями труб, м; h – глубина заложения оси теплопровода от поверхности
земли, м.
Представленным методом было проведено сравнение различных
методов теплоизоляции трубопроводов подземной прокладки, и выполнена оценка их эффективности.
229
Расчет был выполнен для двухстороннего трубопровода с диаметром прохода 600 мм, толщиной стенки 9 мм [3]. Для примера расчёты
выполнены для глубины заложения сети 2,0 м и температуры грунта на
уровне оси трубы t0 = 1 °С. Дорожная одежда в проведённых расчётах
во внимание не принималась.
Было установлено, что оптимальным вариантом конструкции теплоизоляции подземного трубопровода является применение железобетонного коллектора с толщиной стенок не менее 100 мм, с нанесенным
на них слоем пенополиуретана толщиной не менее 60 мм, с расстоянием от внешних точек труб до стенок коллектора не менее 200 мм. Данная конструкция обеспечивает полное исключение влияния трубопровода подземной прокладки на процесс промерзания-оттаивания грунтового массива.
Список литература
1. Нестле Х. Справочник строителя. Строительная техника конструкции и технологии. – М.: Техносфера, 2007. – 394 с.
2. Иванов Д.В., Зарапин Ю.А. Методы регулирования водно-теплового режима земляного полотна автомобильных дорог // Научный
вестник ТГТУ. – 2008. – С. 255–259.
3. Горячев М.Г., Довикян А.Н. Влияние бесканальных теплосетей
в футляре на водно-тепловой режим земляного полотна // Наука и техника дорожной отрасли. – 2008. – № 1. – С. 26–28.
4. Сафонов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям: учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 232 с.
Об авторе
Апталаев Марат Назимович (Пермь, Россия) – старший преподаватель, Пермский национальный исследовательский политехнический
университет (Лысьвенский филиал) (618900, г. Лысьва, пр. Победы, 2;
e-mail: aptalaev_lfpstu@mail.ru).
230
УДК 624.1
К ВОПРОСУ СТРОИТЕЛЬСТВА
ПОДЗЕМНЫХ ПАРКОВОК В Г. ПЕРМИ
М.А. Байдак, Д.Н. Сурсанов
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Рассматривается решение проблемы размещения личного автотранспорта жильцов многоквартирных домов в центральных районах города
Перми путем строительства подземных парковок. Анализируются сильные
и слабые стороны данного вида парковок, описываются текущие проблемы
и вероятные причины низкой заполняемости подземных машино-мест.
Ключевые слова: подземная парковка, паркинг, стоянка, машиноместо, автотранспорт, жилой дом, жилье, центральный район.
С каждым годом количество автотранспорта в мегаполисах и крупных городах России неуклонно растет, в том числе и в Перми. Так, по
данным аналитического агентства «Автостат», за последние пять лет
в Перми количество зарегистрированных легковых автомобилей увеличилось на 34 % и составило около 242 тыс. шт., что является одним
из самых высоких показателей прироста по стране [1]. По данным
«Пермьстат» за 2015 г., в городе сохраняются высокие объемы введенного в эксплуатацию жилья, порядка 17379 квартир общей площадью 1152,2 тыс. кв. метров [2]. Таким образом, из-за постоянно растущего уровня автомобилизации и высокого темпа строительства нового
жилья остро встает вопрос о размещении личного автотранспорта во
вновь построенных жилых многоквартирных домах.
Существует ряд нормативных источников, регламентирующих количество, размещение, методы подсчета и организации парковочных
мест в новостройках. Например, согласно решению Земского собрания
Пермского муниципального района № 682 для личного автотранспорта
на территории многоэтажных жилых домов принять обеспеченность –
1 машино-место на 1 квартиру или – 300 мест на 1000 чел. [3].
Подавляющее большинство новостроек Перми это многоквартирные многоэтажные дома, при этом количество квартир в таком доме
может достигать 150–300 шт. и более. Согласно усредненным показа231
телям при создании парковок в жилых массивах на одно машино-место
требуется порядка 15–30 м2 общей площади с учетом места стоянки
и проездов. Предварительные расчеты показывают, что в итоге при
строительстве жилья обеспечение объектов необходимым количеством
парковочных мест, а также выбор вида и типа парковки становится
важной и непростой задачей для проектировщиков.
Существует несколько видов парковок:
♦ наземные плоскостные (открытые, крытые);
♦ наземные многоуровневые отдельно стоящие;
♦ подземные (одноуровневые, многоуровневые);
♦ наземно-подземные;
♦ механизированные (парковочные комплексы, отдельные механизмы);
♦ надземные совмещённые в объеме здания (первые, последние
этажи, крыша).
При строительстве парковок в жилых высотных домах имеется ряд
факторов, которые значительно влияют на выбор того или иного вида.
Наиболее значимыми являются стоимость создания парковки, стоимость земли и наличие необходимой площади на земельном участке.
Не менее важными являются градостроительные, технические, гидрогеологические и санитарные ограничения. И если при достаточной
площади земельного участка традиционно можно запроектировать плоскостной наземный паркинг как наиболее распространенный, простой
и меньший по затратам вариант, то при ограниченной площади участка, которая зачастую возникает в условиях плотной городской застройки в центральных районах г. Перми, устройство плоскостного паркинга
становится частично или полностью невозможным, поэтому в настоящее время и в перспективе наиболее актуальным и востребованным
в центре города является строительство именно подземных парковок
применительно к многоквартирным жилым домам и комплексам.
Подземные автопарковки обладают значительным рядом преимуществ относительного других видов парковок. Прежде всего подземные
парковки экономят территорию и освобождают ее под другие нужды,
поскольку частично или полностью размещаются в подземном объеме
здания, а также могут быть размещены под зонами благоустройства,
площадями и тротуарами, инженерно-техническими зданиями, автодорогами. Немаловажным является и централизованный выброс выхлопных газов через вентиляционные шахты, с устройством системы фильт232
рации, на нормируемом расстоянии от жилого дома и мест пребывания
людей, например, на детских и спортивных площадках. Плюсом являются и низкие энергозатраты на отопление подземных парковок. Так, температура воздуха круглогодично остается на одном уровне, не ниже
5 °С, при этом создаются наиболее благоприятные условия хранения
транспортного средства. Главным достоинством с точки зрения эксплуатации подземных парковок является комфорт в их использовании, безопасность и сохранность автомобиля.
Однако при всех преимуществах такого вида парковок, как уже говорилось выше, при проектировании возникает ряд сложностей и ограничений, поскольку с точки зрения строительных норм и правил, технологий и материалов возведение подземных паркингов, в сравнении
с другими видами, дольше, сложнее и дороже. Так, по данным экспертов, себестоимость возведения минусовых (подземных) уровней парковок выше, чем плоскостных наземных, и растет пропорционально глубине: в среднем на 10–12 % для первого уровня, на 15–20 % – для минус второго, а углубление на три этажа приводит к удорожанию
строительства приблизительно на 30–40 %.
Сложность и высокий уровень ответственности при планировании,
проектировании и строительстве подземных парковок, особенно при
плотной городской застройке и с увеличением уровня заглубления,
обусловливает целый ряд требований, которые необходимо учитывать.
Согласно [4–6] основные из них сводятся к следующим:
1. Необходимость изучения строения и свойств грунтов на большую глубину, разработки прогнозов возможных изменений состояния
окружающего грунтового массива и гидрогеологических условий,
а также обследования оснований окружающей застройки, предопределяет значительное увеличение площади, объема и детальности инженерно-геологических изысканий по сравнению с требованиями действующих нормативных документов.
2. Применяемые конструктивные решения и технологии возведения должны обеспечивать сохранность и нормальные условия эксплуатации окружающих наземных и подземных объектов, особенно памятников истории и архитектуры. Для решения этой задачи необходимо
математическое моделирование изменения напряженно-деформированного состояния грунтового массива, вмещающего в себя само подземное сооружение, а также основания существующих зданий, попадающих в зону влияния нового строительства.
233
3. При возведении и эксплуатации подземных сооружений первостепенное значение приобретает их защита от подземных вод. Для этого при проектировании необходимо решать вопросы водопонижения,
дренирования грунтов и устройства гидроизоляции. При этом может
быть проведен численный прогноз влияния строительства на общую
гидрогеологическую ситуацию с определением возможного барражного эффекта от строительства.
4. При проектировании подземных сооружений необходимо предусматривать геотехнический мониторинг, способный обеспечить как
контроль в процессе выполнения принятых проектных решений, так
и оперативную корректировку этих решений в случае необходимости.
5. Все помещения, не относящиеся к подземным автостоянкам,
должны быть отделены от помещений автостоянки противопожарными
стенами и перекрытиями 1-го типа, а при значительной площади уровня подземной стоянки должно происходить деление на пожарные отсеки. Помещения парковки и жилые помещения должны быть разделены
нежилым этажом.
6. В помещениях для хранения автомобилей особо тщательно проектируется приточно-вытяжная и противодымная вентиляция, которая
рассчитана на разбавление и удаление вредных газовыделений, предусматривает контроль температуры воздуха, удаление продуктов горения при пожаре. При этом выходы из лифтов на каждом уровне, а также из лестничных клеток проектируются через тамбур-шлюзы первого
типа с подпором воздуха и через системы вентиляции.
При проектировании подземных парковок одним из важнейших
этапов является выбор конструктивных решений, строительных технологий, материалов и механизмов, которые будут применяться при
строительстве, при этом необходима тесная работа проектировщика со
строительными организациями – производителями работ, а все принятые решения должны быть четко привязаны к техническим возможностям подрядных организаций, местным условиям и ограничениям.
В настоящий момент в России и, в частности, в Перми наблюдается
рост строительства жилых домов с подземными парковками. Так, согласно данным администрации г. Перми, в городе с начала 2010 по конец
2015 г. было полностью или частично введено в эксплуатацию порядка
35–40 объектов жилищного строительства с таким видом парковки [7].
Однако несмотря на возможность ускорения темпов строительства
данных объектов в целом и увеличения количества подземных уровней,
234
размеров в плане количества машино-мест, эти показатели за последние годы и на текущий момент не растут. Главная причина – высокая
стоимость возведения таких сооружений и соответственно высокая
стоимость парковочных мест в подземном гараже. Сейчас цена парковочного места в городе варьируется от 300 тыс. руб. в доме экономкласса, 500–600 тыс. руб. – в жилье среднего класса, около 1 млн руб. –
в элитном доме. Так, установлено, что возрастает и цена квадратного
метра жилья в таком доме на 5–10 % за кв.метр, причем вне зависимости от того, собираются ли покупатели приобретать квартиру вместе с
парковочным местом или нет.
Таким образом, строительство подземных парковок в жилых домах
в теории значительно экономит земельную площадь, освобождает дворы от большого количества автотранспорта, делает объект наиболее
современным и комфортным для проживания. На практике же нередко
появляется неликвидная подземная недвижимость с низким покупательским спросом, где зачастую пустует треть, а иногда и половина
предусмотренных мест.
Список литературы
1. Официальный сайт Аналитического агентства «Автостат». – URL:
http: //www.autostat.ru/news/23442/ (дата обращения: 28.01.2016).
2. Официальный сайт Территориального органа Федеральной
службы государственной статистики по Пермскому краю «Пермьстат». – URL: http: //permstat.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_ts/permstat/
resources/Об+итогах+жилищного+строительства+в+Пермском+крае+в+
январе-декабре+2015+года.pdf/. (дата обращения: 28.01.2016).
3. Об утверждении положения о нормах, порядке организации мест
постоянного и временного хранения автомобильного транспорта и порядка их эксплуатации на территории пермского муниципального района: решение Земского собрания Пермского муниципального района от
26.06.2008 № 682 (ред. от 26.02.2009). Доступ из справ.-правов. системы «КонсультантПлюс».
4. Руководство по комплексному освоению подземного пространства крупных городов / Рос. акад. архит. и строит. наук. – М., 2004.
5 Проектирование и расчет подземных сооружений (НИИОСП)
[Электронный ресурс] / В.П. Петрухин, Д.Е. Разводовский, И.В. Колыбин, Б.Ф. Кисин // Инженерно-консультационный центр проблем фундаментостроения: сетевой журнал. – URL: http: //www.eccpf.com/up235
load/publikazii/XII % 20tom % 20RASEh_proektirovanie.pdf (дата обращения: 02.02.2016).
6. Садовская Т.И. Подземные автостоянки. Вентиляция и противодымная защита при пожаре // АВОК. – 2006. – № 5. – С. 18–23.
7. Официальный сайт Администрации города Перми. Перечень
объектов, введенных в эксплуатацию с 01.01.2010 по 30.12.2015. –
URL: http: //www.gorodperm.ru/upload/pages/6137/Perechenobektov%252
cvvedennyhvekspluataciju_ (3).pdf/. (дата обращения: 04.02.2016).
Об авторах
Байдак Михаил Андреевич (Пермь, Россия) – магистрант кафедры
«Строительное производство и геотехника», Пермский национальный
исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: baidak93@mail.ru).
Сурсанов Дмитрий Николаевич (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Строительное производство и геотехника», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: sursanov@mail.ru).
236
УДК 625.745.11
РАЗРАБОТКА АВТОДОРОЖНОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО
ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ ПОНИЖЕННОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ
ВЫСОТЫ С ОПТИМИЗАЦИЕЙ ПАРАМЕТРОВ
С.А. Бахтин
Сибирский государственный университет путей сообщения,
Новосибирск, Россия
Для перехода транспортной сети страны на современную автомобильную нагрузку А14 и Н14 предложено металлическое пролетное строение в виде трехпролетной неразрезной балки пониженной высоты с главным пролетом до 60–63 м с минимизацией расхода металла за счет оптимизации параметров конструкции.
Ключевые слова: автодорожное металлическое пролетное строение, пониженная строительная высота, неразрезная балка, оптимизация
параметров.
Одной из проблем развития транспортной сети нашей страны в последние годы является переход на современную автомобильную нагрузку А14 и Н14, которая в среднем превосходит действующую ранее
временную нагрузку на 20–30 %1. Это требует огромных расходов как
по строительству новых мостов, так и по реконструкции и ремонту построенных ранее в соответствии со СНиП 1962–1985 гг.
До недавнего времени большинство мостов построены под нагрузку А11 и НК-80 согласно действующему проекту 585 РП. «Комплекс
унифицированных элементов и блоков стальных автодорожных пролетных строений с ортотропной плитой пролетами 42…147 м» в основном рассчитан для применения на магистральных дорогах федерального подчинения. Следует также отметить относительно большую строительную высоту разрезных и неразрезных балок (более 3,3 м) и
«крупность» шага длины унифицированных пролетных строений (42 м;
63 м; 42+n63+ 42 м и т.д.).
1
СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализир. ред. СНиП 2.05.03-84*; введ.
20.05.2011 / ЦНИИС. М., 2011. 341 с.
237
После введения нового СП аналогичные унифицированные металлические пролетные строения под автомобильную нагрузку А14 и Н14
пока не разработаны. В настоящее время построены или находятся
в стадии строительства отдельные мосты под новую нагрузку. В частности, на Восточном обходе Новосибирска сооружается мост через
р. Иня с главными пролетами в виде неразрезной металлической балки
63,4+84+63,4 м индивидуальной проектировки Новосибирского филиала ОАО «ИркутскгипродорНИИ».
Использование аналогичных пролетных строений на региональных
и муниципальных автодорогах практически невозможно из-за высокой
стоимости, которая обусловлена не только «тяжелыми» параметрами
нагрузки А14, но и значительной строительной высотой и большой
суммарной длиной (более 200 м), что чрезмерно для многих рек в сельской местности.
Поэтому для реального строительства мостов на региональных
и муниципальных дорогах следует разработать серию пролетных строений под современную автомобильную нагрузку:
♦ с минимизацией расхода металла,
♦ с пониженной строительной высотой (для уменьшения высоты
насыпи, что важно в условиях населенного пункта),
♦ с длиной пролета, позволяющего перекрывать русло большинства рек для упрощения технологии сооружения фундаментов (порядка
60–80 м).
Для решения поставленной задачи принята конструкция трехпролетного неразрезного пролетного строения с коробчатыми балками
и ортотропной плитой в верхнем и нижнем поясах под наиболее распространенный в сельской местности габарит (Г-11,5) (рис. 1).
Рис. 1. Поперечное сечение коробчатого
пролетного строения
238
Расчет трехпролетной конструкции выполнялся в программном
комплексе MidasCivil путем построения и загружения линий влияния
внутренних усилий и прогибов (рис. 2). Как известно, окончательные
эпюры внутренних усилий в статически неопределимых мостовых конструкциях складываются из следующих составляющих: усилия от постоянной нагрузки первой стадии, которая действует на монтаже (от
собственного веса главной балки и ортотропной плиты), усилия от постоянной нагрузки второй стадии (от веса дорожного покрытия, тротуаров и т.д.); усилия от временной нагрузки.
Рис. 2. Огибающая эпюра изгибающих моментов в балке
Длины главного и боковых пролетов варьировались в большом
диапазоне (главного (L) от 50 до 80 м, боковых (Lb) – в пределах
0,5–1,0L). Для конкретного примера выбрана неразрезная балка общей
длиной 126 м (42,0 м · 3), что обусловлено применимостью данной
длины моста для большинства рек в сельской местности и возможностью технико-экономического сравнения с тремя разрезными металлическими балками расчетной длиной 42 м по проекту 585 РП, обеспечивающими аналогичное отверстие мостов.
На первом этапе оптимизации выбранной конструкции (см. рис. 2)
получены экстремальные значения изгибающих моментов в неразрезной балке на основе учета перечисленных выше трех стадий работы
пролетного строения для различных соотношений главного и боковых
пролетов а = Lb /L. В качестве постоянной и временной нагрузок для
конструкции, приведенной на рис. 1, приняты: постоянная нагрузка
p = 81 кН/м, полосовая А14: v = 26 кН/м, тележки А14: 2P = 941 кН.
Нагрузка Н14 для данных длин пролетов значительно уступает нагрузке от двух полос А14, и поэтому в дальнейшем не рассматривалась.
Варьирование отношением длин пролетов a в диапазоне от 0,5
до 1,0 позволило выявить значительную экономичность неразрезной
системы по отношению к разрезным балкам с пролетом 42 м (до
26 %). Ниже приведены полученные соотношения экстремальных
значений изгибающих моментов для различных значений коэффици239
ента a (Mamax) и аналогичного значения изгибающего момента для
балки 42 м (M42):
a
Mamax
________
M42
1,0
0,91
0,84
0,77
0,70
0,60
0,50
0,76
0,75
0,76
0,80
0,82
0,79
0,74
Следует обратить внимание, что величина a несущественно влияет
на экстремальные значения Mamax, что объясняется значительной величиной постоянной нагрузки р, экстремальные изгибающие моменты
возникают в опорном сечении над средней опорой. Поэтому для дальнейшей оптимизации был принят вариант а = 0,5 с полученными пролетами 31,5+63+31,3 м, что позволяет перекрыть одним пролетом русло большинства малых и средних рек.
Далее проведена оптимизация нескольких параметров неразрезной балки (высота стенки балки, толщина листа настила ортотропной
плиты, шаг и размеры продольных ребер) для минимизации целевой
функции – расхода металла на пролетное строение назначенной длины 126 м. Для этого использовались обычные подходы к решению задач оптимального проектирования мостовых конструкций [1–3 и др.].
В результате поисковых процедур, основанных на комбинации градиентного метода и сканирования со сгущением, были получены оптимальные значения параметров для неразрезной балки с пониженной
строительной высотой порядка 2,0–2,3 м. Следует отметить, что в большинстве расчетных случаев определяющей для оптимальных параметров становилась проверка по жесткости пролетного строения от нагрузки А14, остальные проверки (по прочности по нормальным, касательным и приведенным напряжениям) выполнялись с некоторым запасом.
Таким образом, предложена основа для разработки автодорожного
пролетного строения под современную нагрузку А14 и Н14 в виде
трехпролетной неразрезной балки пониженной высоты с главным пролетом до 60–63 м с минимизацией расхода металла.
Список литературы
1. Бахтин С.А., Козьмин Н.А. Многокритериальная оптимизация
конструкций городских вантовых пешеходных мостов: постановка и решение задачи // Вестн. Сиб. гос. авт.-дор. акад. – 2013. – № 2. – С. 35–42.
240
2. Демьянушко И.В., Эльмадави М.Э., Черенков П.В. Исследование влияния геометрических характеристик ребер ортотропных плит
мостовых сооружений // Транспортное строительство. – 2009. – № 5. –
С. 30–32.
3. Овчинников И.Г., Овчинников И.Г. Использование поверхностей влияния напряжений при анализе пространственной работы ортотропных плит пролетных строений с замкнутыми продольными ребрами // Дороги и мосты. – М.: РосДорНИИ, 2013. – № 2. – С. 175–186.
Об авторе
Бахтин Сергей Анатольевич (Новосибирск, Россия) – кандидат
технических наук, профессор, профессор кафедры «Мосты», Сибирский государственный университет путей сообщения (630049, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191; e-mail: Bsa1@stu.ru), почетный железнодорожник.
241
УДК 625. 7/.8
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ УРОВНЯ
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ
МОСТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОЛИМЕРНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Б.А. Бондарев
Липецкий государственный технический университет, Россия
Рассмотрены основные принципы обеспечения безопасности эксплуатируемых строительных конструкций, наиболее часто встречающиеся дефекты, повреждения, причины их возникновения и влияние на
долговечность автодорожных и городских мостов. Предложены мероприятия по повышению уровня эксплуатационной надежности с применением полимерных композиционных материалов. Отмечено, что
широкое применение полимерных композиционных материалов для повышения уровня эксплуатационной надежности элементов мостов
сдерживается из-за слабой изученности их свойств под действием
многократно приложенных нагрузок и их возможности сопротивляться усталости. Поэтому научные исследования этого вопроса являются
актуальными.
Ключевые слова: дефекты мостов, полимерные материалы, транспортные конструкции, защита от коррозии.
Перспективная инновационная деятельность в дорожном хозяйстве
и экономической эффективности связана с применением новых методов и материалов. В настоящее время в транспортном строительстве
при проектировании мостовых сооружений начинают применять для
защиты конструктивных элементов полимерные композиционные материалы [1, 2].
Основные принципы повышения эксплуатационной надежности
мостовых сооружений представлены на рис. 1, из которого видно, что
параметр безопасной эксплуатации (циклическая долговечность) определяется в пять этапов, и первый из них – это оценка опасных производственных факторов, оказывающих влияние на материал строительных конструкций.
242
Рис. 1. Основные принципы обеспечения безопасности
эксплуатируемых строительных конструкций
Ниже приведены основные дефекты и разрушения элементов конструкций железобетонных пролетных строений, оказывающих существенное влияние на их грузоподъемность.
Дефекты элементов
Последствия развития
конструкций моста, причины
дефектов и их влияние
их возникновения
на долговечность моста
1
2
I. Железобетонные ПС мостов
Разрушение бетона (карбониза- Снижение грузоподъция, выщелачивание, появление емности и долговечнопятен, выколов, сталактитов)
сти ПС моста
главных балок, плиты из-за
дефектов ГИ, элементов водоотвода, несоблюдения уклонов
проезжей части
Меры
по ликвидации
дефектов
3
Ремонт ГИ, элементов водоотвода, восстановление проектных уклонов
243
Продолжение таблицы
1
Разрушение бетона (карбонизация, выщелачивание, появление
пятен, выколов, сталактитов)
главных балок, плиты из-за дефектов ГИ, элементов водоотвода, несоблюдения уклонов проезжей части
Повреждение защитного слоя,
коррозия арматуры вследствие
недостаточной толщины слоя бетона, протечек воды
Разрушение стыков поперечных
связей (диафрагм) между балками
сборных ПС ввиду некачественного выполнения работ
Разрушение продольных стыков
между балками и шпоночных
стыков объединения между плитами ПС ввиду несовершенства
конструкций стыков и некачественного выполнения
Поперечные трещины в ребрах
балок и поясах вследствие потери
подвижности опорных частей и
воздействия температуры от нормальных сил и растягивающих
напряжений
Вертикальные (поперечные) трещины, возникающие в зонах опирания на опорные части в местах
сосредоточения растягивающих
усилий
2
Снижение грузоподъемности и долговечности ПС моста
3
Ремонт ГИ, элементов водоотвода, восстановление проектных уклонов
То же
Восстановление водоотвода и защитного слоя бетона
Снижение пространственной жесткости, грузоподъемности и долговечности
Уменьшение поперечной жесткости, снижение грузоподъемности
и долговечности ПС
Восстановление элементов объединения
балок ПС по специальному проекту
Ремонт продольных
стыков, укладка дополнительного слоя
бетона с проверкой
грузоподъемности
Снижение грузоподъемности, долговечности и безопасности движения транспорта и пешеходов
Ремонт опорных частей, заделка трещин
эпоксидными компаундами, усиление
ПС
Снижение грузоподъемности, долговечности
моста. Коррозия арматуры
Вертикальные трещины в замке,
ценовых стенках, пятах арки
(свода) вследствие температурноусадочных деформаций, при отсутствии или неисправности ДШ
Уменьшение грузоподъемности и долговечности. Коррозия
арматуры
Ремонт концевых
участков балок,
заделка трещин,
разгрузка балок,
подведение дополнительной опоры
Ремонт – заделка
трещин эпоксидными компаундами
с добавками БЩ
244
Окончание таблицы
1
Продольные трещины в ребрах
балок, возникающие вследствие
усадки, нарушения технологии
изготовления, силовые – от чрезмерного обжатия бетона
Наклонные силовые трещины в
приопорных участках главных балок неразрезных ПС ввиду воздействия больших главных растягивающих напряжений, недостатков
армирования и расположения пучков преднапряженной арматуры
Попадание воды и выщелачивание бетона торцов балок в местах расположения анкеров,
а также в пустотах плитных
предварительно напряженных
ПС из-за дефектов ГИ и инъекцирования каналов
Местные сколы бетона при описании консольных балок ПС на
опорные части ввиду недостаточного армирования
Продольные трещины в сухих
стыках сборных блоков ввиду
неполного совпадения микрорельефа торцов элементов
2
3
Снижение грузоподъ- Заделка трещин
емности, долговечно- при ремонта ПС
сти. Коррозия арматуры
Снижение грузоподъ- Ремонт концевых
емности, долговечности участков балок пои безопасности движе- лимербетонами
ния транспорта и пешеходов
Снижение долгоРемонт концевых
вечности сооружения. участков балок
Коррозия арматуры
полимербетонами
Снижение грузоподъ- Ремонт – восстаемности и долговечновление сколов
ности.
полимербетоном
Коррозия арматуры
Снижение долговечЗаделка трещин
ности
Оценка фактического состояния материала, эксплуатируемых конструкций главных балок пролетных строений мостовых сооружений,
проводится в ходе их технического обследования в соответствии
с нормативными документами (рис. 2).
Далее разрабатываются мероприятия по повышению уровня эксплуатационной надежности с применением полимерных композиционных материалов по двум вариантам:
1) применение смол (ФАЭИС-30);
2) применение композиции типа «Силор».
245
а
б
Рис. 2. Разрушение и выщелачивание бетона, обнажение и интенсивная
коррозия рабочей арматуры в ребре главной балки (а); вертикальные
и наклонные трещины шириной раскрытия до 5 мм в ребре главной балки (б)
Широкое применение вышеуказанных полимерных композиционных материалов сдерживается из-за слабой изученности их свойств под
действием многократно приложенных нагрузок и их возможности сопротивляться усталости [3]. Научные исследования этого вопроса являются актуальными.
Под усталостью материалов понимают процесс постепенного накопления локальных повреждений под действием изменяющейся нагрузки. Если разрушение материала является результатом действия
циклического напряжения, то оно именуется усталостным. Кривую усталости можно условно разбить на три участка: 1-й участок малоцикловая усталость; 2-й участок – многоцикловая усталость и 3-й
участок – длительное сопротивление усталости. Наличие трех участков
на кривой отражает различие в кинетике накопления усталостных разрушений в материале при различной продолжительности циклического
нагружения. Сопротивление усталости материала определяется его выносливостью. Испытаниям на выносливость всегда предшествуют статические испытания, позволяющие определить величины разрушающих нагрузок [4].
Список литературы
1. Организационно-экономический механизм инновационной деятельности дорожного хозяйства / С.П. Аржанухина, А.А. Сухов, А.В. Кочетков, Л.В. Янковский // Инновационный вестник «Регион». – 2012. –
№ 4. – С. 40–45.
246
2. Кочетков А.В., Янковский Л.В. Перспективы развития инновационной деятельности в дорожном хозяйстве // Инновационный транспорт. – 2014. – № 1 (11). – С. 42–45.
3. Карабутов Н.Н., Бондарев Б.А., Шмырин А.М. Синтез математических моделей для исследования свойств полимеробетона в системе
автоматизированной диагностики дорожных покрытий // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2006. – № 4. – С. 27–30.
4. Экспериментальные исследования циклической долговечности
полимерных композиционных материалов / Б.А. Бондарев, П.В. Борков,
П.В. Комаров, А.Б. Бондарев // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6. – С. 136.
Об авторе
Бондарев Борис Александрович (Липецк, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Строительные материалы», советник РААСН, депутат Липецкого городского Совета депутатов, Липецкий государственный технический университет (398002,
г. Липецк, ул. Балмочных, 15; e-mail: lnsp-48@mail.ru).
247
УДК 629.584, 007.52
МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО
ОБСЛЕДОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДА ПОДВОДНЫМ
АППАРАТОМ В СРЕДЕ SUBSIM
А.Н. Борисов
Институт проблем транспорта им. Соломенко РАН,
Санкт-Петербург, Россия
Рассматривается имитационное моделирование системы управления
обследовательского АНПА в среде SubSim. SubSim – универсальная среда
моделирования подводных аппаратов, разработанная в университете Западной Австралии в целях повышения интереса к АНПА начинающих исследователей. Описываются возможности среды, процесс создания полигона исследований и компьютерной модели робота, разработка системы
управления.
Ключевые слова: подводный робот, АНПА, среда моделирования, обработка изображений, компьютерное зрение, идентификация объектов,
система управления.
Автономный подводный робот представляет собой автоматический самоходный носитель исследовательской аппаратуры, способный
погружаться в заданной акватории и выполнять необходимые работы
[1]. При этом список решаемых задач весьма обширен: картографирование дна, обследование подводных трубопроводов, экологические измерения, осмотр возможных внешних повреждений водных транспортных средств.
На небольших глубинах, до 20–40 метров, необитаемые аппараты
все больше теснят водолазов, поскольку могут выполнять различные
работы, не рискуя здоровьем человека [2]. К преимуществам использования АНПА можно отнести малое количество обслуживающего персонала, возможность работать при любых погодных условиях, высокая
мобильность.
Подводное обследование нефте- и газотрубопроводов позволяет
в реальном времени получать объективную информацию о состоянии
сооружений, не отходя от пульта оператора. С использованием АНПА
могут решаться следующие задачи: идентификация объектов, гидроло248
кационное обследование предполагаемого места прокладки трубопровода, текущий мониторинг состояния подводных сооружений [2].
Для решения этих задач АНПА должен быть оборудован надежными средствами идентификации протяженного объекта. К таким средствам обычно относят оптические, электромагнитные и акустические бортовые сенсоры АНПА [3]. Кроме того, система управления такого аппарата должна с успехом справляться с возникающими трудностями.
Проектирование алгоритмов управления – это весьма долгий и трудоемкий процесс. Целесообразным является использование имитационных программных комплексов для тестирования и отладки алгоритмов
управления [4]. Такая практика значительно сокращает финансовые
и временные затраты по сравнению с натурными экспериментами.
На сегодняшний день существует ряд программных продуктов,
ориентированных на моделирование динамики и алгоритмов управления роботов разнообразного назначения и функционирующих на земле,
в воде и в воздухе. В качестве примеров можно привести Microsoft Robotics Developer Studio, TeamBots, Simbad, onDesk.
Наиболее подходящей для моделирования подводных роботов
является среда SubSim [5,6]. SubSim предоставляет огромные возможности для разработки приложений и позволяет провести моделирование движения, настройку контроллера, тестирование алгоритмов
управления. Данный проект является некоммерческим и использует
несколько открытых библиотек. Например, движение твердых объектов под влиянием сил и моментов точно моделируется благодаря использованию возможностей трехмерного физического движка реального времени Newton Dynamics. Датчики, двигатели и воздействие
жидкости моделируется с помощью библиотеки Physics Abstraction
Layer (PAL). В состав библиотеки входят такие сенсоры, как компас,
гироскоп, датчики линейной и угловой скорости, камеры и сонары.
Для генерации видеоизображений используется OpenGL. Архитектура
приложения строится на плагинах. Многие компоненты, включая
пользовательский интерфейс, API, симуляция физики, могут быть изменены для удовлетворения пользовательских потребностей. Это позволяет легко расширять моделируемые системы за счет добавления
различных плагинов, написанных на любом языке, который поддерживает динамические библиотеки [5].
Проектирование можно разделить на несколько основных этапов:
создание окружающего мира для функционирования аппарата, напол249
нение мира объектами, создание модели аппарата, разработка и тестирование ПО.
Описание мира в SubSim включает в себя такие аспекты окружающей среды, как вода, бассейн, форма дна и объекты. Форма дна бассейна
описывается растровым графическим файлом в серых тонах по технологии Heightmap. Каждый пиксел описывает высоту соответствующей точки дна. Черным цветам будет соответствовать самая высокая точка, а белым – дно бассейна. Объекты в модели должны иметь уникальные имена, чтобы была возможность связать его с моделируемым физическим
телом в программе для его правильного поведения. Кроме того, в файле
указывается ссылка на 3D-модель и коэффициенты масштабирования.
При описании объектов требуется задание таких параметров, как форма,
масса, объем. SubSim поддерживает всего три типа тел: прямоугольная
призма (длина, ширина, высота), цилиндр (высота и радиус), шар (радиус). Для робота, кроме того, нужно указать подключаемые датчики
и приводы. В среде поддерживается несколько типов датчиков: гироскоп, спидометр, датчик расстояния, компас, камера.
Когда полигон готов, можно приступать к разработке ПО. Для упрощения задачи программирования используется плагин Eyebot. Он расширяет стандартные возможности среды библиотекой высокоуровневых
функций RoBIOS и добавляет модель физического контроллера с LCD
экраном и кнопками для ввода информации. RoBIOS содержит множество
системных вызовов для работы с внешними устройствами, такими как
компас, двигатели, датчики, аналоговый и цифровой ввод-вывод.
Для моделирования движения АНПА вдоль трубопровода в среде
SubSim мы можем использовать данные с видеокамеры, ориентированной ко дну. Для оценки ориентации и положения аппарата используются данные от датчиков угловых скоростей и ускорений [7]. Для упрощения мы будем идентифицировать трубопровод по цвету. Все искомые трубы в модели будут иметь белый цвет, что сильно выделяет их
на фоне темного дна. На рисунке показана 3D-модель аппарата, а также
визуализация процесса движения вдоль трубопровода и кадр видео, получаемый от камеры. Текущий курс аппарата определяется в зависимости от ориентации трубы на фото, а расстояние до трубопровода поддерживается постоянным. Таким образом, в приведенной упрощенной
модели мы имеем два регулируемых параметра – глубина и курс аппарата. А поскольку программы управления в среде SubSim проектируются на языке Си, то существует возможность моделирования различ250
ных режимов управления, основанных на нечеткой логике [8] или нейросетевом подходе [9].
Рис. Модель аппарата и движение вдоль трубопровода
Итак, для моделирования управляемого движения АНПА вдоль трубопровода представляется рациональным использование среды SubSim.
В среде реализована реалистичная физическая модель, множество различных датчиков, а также имеются средства для ускоренного создания
ПО. Крупным недостатком симулятора является невозможность работы
со звуковыми эффектами и несколькими видеокамерами, что не позволяет использовать некоторые эффективные алгоритмы стереозрения.
Список литературы
1. Автономные подводные роботы: системы и технологии /
М.Д. Агеев, Л.В. Киселев, Ю.В. Матвиенко [и др.]; под общ. ред. акад.
М.Д. Агеева. – М: Наука, 2005. – 398 с.
2. Войтов Д.В. Обследование трубопроводов и гидротехнических
сооружений с использованием телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов // Гидротехника. – 2009. – № 2. – С. 52–55.
3. Модельное решение задачи автоматической инспекции подводных
трубопроводов с помощью гидролокатора бокового обзора / А.В. Багницкий, А.В. Инзарцев, А.М. Павин [и др.] // Подводные исследования
и робототехника. – 2011. – № 1 (11). – С. 17–23.
4. Имитационный моделирующий комплекс для обследовательского автономного подводного робота / В. Бобков, М. Морозов, А. Багницкий [и др.] // Научная визуализация. – 2013. – Т. 5, № 4. – С. 47–70.
5. Борисов А.Н. Моделирование системы управления движением
подводного робота в среде SubSim // Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России: материалы IV межвуз. науч.251
практ. конф. аспирантов, студентов и курсантов, 15–16 мая 2013 г. –
СПб., 2013. – С. 317–323.
6. Борисов А.Н. SubSim, как универсальное средство моделирования
подводных роботов // Транспорт России: проблемы и перспективы –
2015: материалы юбилейной междунар. науч.-практ. конф., 24–25 ноября
2015 г. – СПб., 2015. – С. 133–137.
7. Сиек Ю.Л., Хуторная Е.В. Алгоритм оценивания начального состояния системы пространственной ориентации подводного робота //
Морские интеллектуальные технологии. – 2014. – № 3 (24). – С. 101–107.
8. Сиек Ю.Л., Сакович С.Ю. Метод синтеза нечеткой модели движения малогабаритного подводного транспортного средства // Морской
вестник. – 2013. – № 1S (10). – С. 64–67.
9. Сиек Ю.Л., Сакович С.Ю., Яковлева М.В. Управление подводным
роботом по видеоданным на основе нейросетевого подхода // Морской
вестник. – 2013. – № 4 (48). – С. 073–075.
Об авторе
Борисов Александр Николаевич (Санкт-Петербург, Россия) –
младший научный сотрудник, Институт проблем транспорта им. Соломенко Российской академии наук (199178, г. Санкт-Петербург, В.О.,
12 линия, 13; e-mail: bor_fond93@mail.ru).
252
УДК 52-13
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ В СОСТАВЕ
МОНИТОРИНГА СООРУЖЕНИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ТРАНСПОРТНОЙ РАЗВЯЗКИ НАД ТОННЕЛЯМИ
МЕТРОПОЛИТЕНА В Г. МИНСКЕ
А.А. Ботяновский
Белорусский национальный технический университет,
Минск, Республика Беларусь
Изложены состав, методы и результаты геодезических изысканий,
выполненных при строительстве транспортной развязки в г. Минске.
Ключевые слова: 3D-сканер, электронный тахеометр, BIM-технологии,
геодезические измерения, мониторинг, пространственная модель сооружения, деформации.
Основной задачей геодезических работ по наблюдениям за осадкой
и деформациями конструкций объектов транспортной развязки в г. Минске
является обеспечение контроля осадки и деформации тоннельной обделки
действующего метрополитена в период строительства транспортной развязки с целью недопущения возникновения сверхнормативных значений и,
в случае необходимости, принятия оперативных мер их минимизации. Выполнялись геодезические измерения при проведении испытаний защитного
экрана и пролетного строения возводимого путепровода (рис. 1, 2).
Для выполнения поставленных задач перед началом работ была разработана программа мониторинга, исходя из которой был разработан
проект производства геодезических работ.
Проект производства геодезических работ предусматривал выполнение ежедневных измерений осадок и деформаций наблюдаемых конструкций с последующей передачей данных для обработки в специализированных программных комплексах. В дальнейшем периодичность
проведения измерений уменьшалась в связи со стабилизацией состояния
наблюдаемых конструкций и отсутствием опасных технологических
процессов, которые могли бы значительно влиять на состояние сооружения и безопасность движения по нему.
Сущность геодезических работ непосредственно на строительной
площадке заключалась в геодезическом сопровождении при проведе253
нии испытаний конструкций и выполнении исполнительных съемок
земляных работ для последующего учета стадийности при выполнении
пространственного расчета.
Рис. 1. Общий вид геодезических знаков,
установленных на точки наблюдения за конструкциями
перегонных тоннелей
Рис. 2. Съемка загружения плиты защитного экрана
грунтом при проведении испытаний
Также при проведении геодезических работ на данном объекте был
опробован метод лазерного 3D-сканирования, который в значительной
мере облегчает выполнение обмерочных работ, исполнительных съемок, а также помогает получать полную картину динамики качественных и количественных показателей дефектов и повреждений в контролируемых конструкциях (рис. 3). Результаты лазерного сканирования
были переданы для дальнейшей их обработки и создания пространственной модели сооружения.
254
Рис. 3. Общий вид результата лазерного
сканирования перегонного тоннеля
Результаты проделанной работы позволили скорректировать некоторые расчетные предпосылки и анализировать процесс влияния
строительства нового объекта на уже существующий.
Список литературы
1. Испытание сталежелезобетонного пролетного строения длиной
55 метров с применением инновационного измерительного оборудования / Г.П. Пастушков, В.Г. Пастушков, В.А. Белый, А.А. Яковлев
[Электронный ресурс] // Наука та прогрес транспорту. – 2010. –
№ 33. – С. 191–192. – URL: http: //elibrary.ru/item.asp? id = 22284895.
2. Петров, М.П. Переход на BIM-технологии в проектировании
на примере Autodesk Revit [Электронный ресурс] // Модернизация и
научные исследования в транспортном комплексе. – 2015. – Т. 1. –
С. 447–449. – URL: http: //elibrary.ru/item.asp? id = 23646397.
3. Мойсейчик Е.А., Мойсейчик Е.К., Пастушков В.Г. Приборы для
неразрушающего контроля, диагностики и обследований мостовых сооружений // Депонированная рукопись № 858-В2007 31.08.2007.
4. Ходяков В.А., Пастушков В.Г. Высокие технологии в проектировании и строительстве мостов // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. – 2013. – Т. 3. – С. 432–439.
Об авторе
Ботяновский Алексей Андреевич (Минск, Республика Беларусь) –
магистрант кафедры «Мосты и тоннели», Белорусский национальный
технический университет (220014, г. Минск, пр. Независимости, 150,
учебный корпус, 15; e-mail: a.botyanovskiy@mail.ru).
255
УДК 620.179.1
МЕТОДИКА ИНФРАКРАСНОЙ СЪЕМКИ
ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ-ОТСЛОЕНИЙ
КОМПОЗИТА В УСИЛЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНЫМ
АРМИРОВАНИЕМ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
А.А. Быков
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Перечислены методы неразрушающего контроля для обнаружения
дефектов-отслоений композита в усиленных железобетонных конструкциях. Изложена методика инфракрасной съемки для регистрации процесса
отслоения углепластиковых лент от поверхности бетона.
Ключевые слова: композиционный материал, углепластик, усиление
железобетонных конструкций, инфракрасная термография, неразрушающий контроль, отслоение.
В России усиление железобетонных конструкций мостов, путепроводов и пешеходных переходов в последнее время выполняют при помощи наклеивания на бетон композиционных материалов. Восстановление или увеличение несущей способности балок производят за счет
приклеивания продольных и/или поперечных элементов усиления.
Холсты или ткани наклеивают на опоры (колонны) в виде обоймы вокруг сечения. За последние 15 лет таким образом усилено более
20 мостов и переходов [1].
В процессе эксплуатации усиленных конструкций композит может
отслаиваться от бетона [2–3]. Катализатором процесса отслоения могут
выступать внешние воздействия попеременного замораживания/оттаивания, увлажнения/высушивания, агрессивных жидкостей и газов, переменные динамические нагрузки. Отслоение будет происходить из-за
превышения напряжений (относительных деформаций) в композите
выше некоторого порогового значения.
Для неразрушающего контроля деформационного взаимодействия между композитом и бетоном используют методы ультразвуковой дефектоскопии, рентгенографии, ширографии или сдвиговой
256
спекл-интерферометрии, акустической эмиссии, инфракрасной термографии, оценки динамических параметров и испытания нагружением [4].
Указанные методы инструментального контроля получили распространение в основном за рубежом. В отечественной практике инженерного обследования усиленных композитами конструкций следует отметить отсутствие стандартизированных методов контроля адгезии композита с бетоном.
Среди известных метод инфракрасной термографии является наиболее простым и доступным. Основными достоинствами метода являются возможность дистанционного наблюдения, высокая производительность на больших площадях, относительная простота интерпретации
данных, сочетаемость с другими методами неразрушающего контроля.
На кафедре «Строительные конструкции и вычислительная механика» ПНИПУ выполнены исследования деформационных процессов
в усиленных углепластиком железобетонных балках методом инфракрасной термографии.
По результатам проведённых исследований разработана математическая модель для описания изменений температуры в системе «углеродный холст – эпоксидная смола – бетон – отслоение – бетон» [5]
и сформулированы основные положения методики инфракрасной
съемки поверхности композита с целью обнаружения дефектовотслоений элемента усиления от бетона.
1. При помощи разработанной математической модели с учетом
характеристик использованного композита (толщина и количество слоев армирующего слоя, толщина клея) определить рациональные параметры режима инфракрасной термографии (мощность и время нагрева,
оптимальное время наблюдения и диапазон фиксируемых размеров дефектов), обеспечивающие наилучшую регистрацию наличия отслоения
композита от поверхности бетона.
2. Для съемки подобрать оборудование: тепловизор с достаточной
разрешающей способностью, галогеновую лампу достаточной мощности. Предусмотреть жесткое крепление оборудования на штативах во
время нагрева и съемки.
3. Рядом с исследуемой поверхностью наметить минимально необходимое количество стоянок оборудования – это позволит ускорить последующую обработку первичных термограмм без снижения информативности.
257
4. Оборудовать исследуемую поверхность тепловыми маркерами,
позволяющими складывать отдельные термограммы в панорамное изображение поверхности композита.
5. Нагрев поверхности композита выполнять галогеновой лампой.
Температура нагрева не должна превышать температуру стеклования
клея. Съемку тепловизором выполнять при остывании поверхности.
6. При съемке поверхности запись вести в видеофайл.
7. Выполнить нулевую съемку (съемку «0» этапа), лишенную дефектов отслоений, возникших в результате действия эксплуатационных нагрузок.
8. В процессе нулевой съемки составить чертеж конструкции
с указанием мест установки тепловизора и лампы нагрева, расстояния
между приборами и исследуемой поверхностью композита, времени
нагрева и времени наблюдения, мощности лампы нагрева, диапазона
температур съемки. Последующие съемки после приложения эксплуатационной нагрузки на усиленную конструкцию выполнять в соответствии с параметрами, принятыми при нулевой съемке.
9. После нагрева убирать лампу в сторону – это обеспечит равномерность остывания поверхности.
10. Для разных стоянок обеспечить равные промежутки времени
между включением и выключением лампы – это обеспечит равное время нагрева;
11. Для разных стоянок обеспечить равные промежутки времени
между включением лампы и включением видеозаписи камеры – это
обеспечит равное время наблюдения.
12. После получения первичных термограмм обработать их по
специально разработанному алгоритму, включающему «склеивание»
в панорамное изображение, преобразование в нормализованные термограммы, создание карт текущего температурного контраста и построение бинарных карт дефектов, которые наглядно демонстрируют образование отслоившихся областей композита.
Разработанная методика регистрации процесса отслоения углепластиковых лент от поверхности бетона на основе инфракрасной
термографии может быть использована в практике обследования технического состояния усиленных железобетонных балок в процессе их
эксплуатации.
258
Список литературы
1. Обзор российского рынка композиционных материалов в сфере
усиления железобетонных конструкций / А.А. Быков, А.Н. Третьякова,
И.Л. Тонков, Н.А. Богоявленский // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. – 2013. – Т. 3. – С. 67–78.
2. Быков. А.А., Калугин А.В., Третьякова А.Н. Расчет деформаций
отслоения композита для усиленных изгибаемых железобетонных элементов // Вестн. Том. гос. архит.-строит. ун-та. – 2014. – № 3. – С. 112–122.
3. Быков А.А., Калугин А.В. Особенности использования композиционных материалов при усилении изгибаемых железобетонных конструкций // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Урбанистика. – 2013. – № 3. – С. 54–71.
4. Final Report SPR 336. Methods for detecting defects in composite rehabilitated concrete structures / M. Karbhari, H. Kaiser, R. Navada, K. Ghosh,
L. Lee. – URL: http: //www.oregon.gov/odot/td/tp_res/docs/reports/detect_defects_comp_structures.pdf
5. Determination of thermography modes for recording delamination
between composite material and reinforced concrete structures / A. Bykov,
V. Matveenko, G. Serovaev, I. Shardakov, A. Shestakov // Problems of Deformation and Fracture in Materials and Structures: sel., peer rev. papers
from the All-Russ. Conf. on Problems of Deformation and Fracture in Materials and Structures, June 17–19, 2015, Perm, Russia / Eds: V.P. Matveenko,
A.A. Tashkinov, D.A. Chinakhov. – Durnten-Zurich: TTP, 2016. – (Solid
State Phenomena; vol. 243). – P. 97–104.
Об авторе
Быков Антон Алексеевич (Пермь, Россия) – инженер кафедры
«Строительные конструкции и вычислительная механика», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: violentharpy@yandex.ru).
259
УДК 539.61
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА РАБОТ ПО УСИЛЕНИЮ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
КОМПОЗИЦИОННЫМ МАТЕРИАЛОМ
А.А. Быков
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Рассмотрены методы контроля качества работ по усилению железобетонных конструкций композиционным материалом. Приведены результаты экспериментального исследования характера отслоения углепластика от поверхности бетона при испытании на отрыв и сдвиг в составе железобетонной балки.
Ключевые слова: композиционный материал, углепластик, усиление
железобетонных конструкций, контроль качества, отрыв, адгезия, когезионное отслоение.
При использовании технологии усиления железобетонных конструкций композиционными материалами большое внимание уделяют
качеству подготовки поверхности перед наклейкой и как следствие
достаточности адгезии элемента усиления с основанием [1].
Традиционными методами приемочного контроля качества работ
по наклейке композита являются визуальный осмотр и легкое простукивание молотком для выявления непроклеев и расслоений [2]. Также
проводят оценку адгезии композита к бетону по ГОСТ 28574 или
ASTM D4541-02 [3].
При визуальном осмотре сложно выявить небольшие по площади
дефекты. Хорошо заметными будут только дефекты в виде крупных
воздушных пузырей, причем эффективность их обнаружения будет во
многом зависеть от освещенности усиленной поверхности. Общим недостатком методов простукивания и оценки адгезии является их выборочность, т.е. контроль выполняют не на всей площади усиления, а локально, на некоторых участках. Кроме этого, оценка адгезии предполагает отрыв фрагмента армирующего материала, участки испытаний
позже требуется отремонтировать. Среди указанных только метод
оценки адгезии позволяет судить как о качестве подготовки бетонной
поверхности, так и о качестве приклеивания композита.
260
Несмотря на имеющиеся недостатки, оценка адгезии при помощи
прямого отрыва на сегодняшний день является, по сути, единственным
способом инструментального контроля качества работ по наклейке
композита на усиливаемые железобетонные конструкции. При испытании на отрыв можно получить адгезионную (по границе «смолабетон») и когезионную (по бетону) формы разрушения. При этом считается, что только когезионное разрушение свидетельствует о высокой
степени подготовки (очистки) поверхности бетона и достаточном качестве наклеивания армирующего материала.
В лаборатории кафедры «Строительные конструкции и вычислительная механика» ПНИПУ выполнены исследования поведения железобетонных балок, усиленных одним слоем углепластика, под нагрузкой.
Параллельно с бетонированием балок из одной партии бетона были изготовлены бетонные призмы сечением 100×100 мм и длиной 400 мм.
Поверхность балок и призм перед усилением подготовили одинаково
в соответствии с СП 164.1325800.2014. В частности, очистку поверхности
бетона от цементной пленки выполняли углошлифовальной машиной с
металлической щеткой с прямым ворсом. Приклеивание углепластика на
поверхность балок и призм также выполняли по одной технологии.
На призмах выполнили исследование адгезии углепластика путем
нормального отрыва стальной пластины (рис. 1).
Рис. 1. Вид разрушения образцов при испытании адгезии
По результатам пяти испытаний получена средняя величина адгезии – 4,08 МПа, стандартное отклонение 0,09 МПа, характер разрушения – когезионный. После исследования адгезии углепластика к бетону
выполнили испытания балок, руководствуясь ГОСТ 8829.
При статических испытаниях усиленных балок отслоение углепластика происходило по адгезионному механизму (рис. 2). Практически
на всей площади приклеивания углепластика отсутствует отслоение
(разрушение) бетона.
261
Рис. 2. Нижняя грань балки после разрушения
В балке углепластик воспринимает растягивающие напряжения,
а контактный слой «смола-бетон» испытывает усилие сдвига. Таким
образом, сложилась ситуация, когда прочность клеевого шва на границе «смола-бетон» оказалась выше прочности бетона на осевое растяжение, но ниже прочности бетона на срез, которое в 1,6–2 раза больше
сопротивления бетона осевому растяжению [4–5]. Вероятной причиной
этого могла быть недостаточная шероховатость поверхности бетона.
Для достижения когезионного отслоения поверхность оставшихся
балок тщательно очищали углошлифовальной машиной с алмазной
чашкой. При этом практически полностью сняли поверхностный слой
бетона на глубину 2–4 мм, оголив зерна крупного заполнителя и создав
шероховатость поверхности. В результате испытаний тщательно подготовленных балок получено когезионное отслоение углепластика от
бетона (рис. 3).
Рис. 3. Когезионное отслоение углепластика
при разрушении
По результатам выполненных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Не рекомендуется использовать обработку металлическими
щетками для очистки поверхности бетонного основания перед приклеиванием композита.
262
2. При контроле качества подготовки поверхности бетона и приклеивания композита к бетону рекомендуется параллельно с испытанием на отрыв выполнять испытание на сдвиг.
Список литературы
1. Быков. А.А., Калугин А.В., Балакирев А.А. Чистый изгиб железобетонных балок, армированных углеродным холстом // Промышленное и гражданское строительство. – 2011. – № 7. – С. 22–25.
2. Evaluation of bonded FRP strengthening systems for concrete structures using Infrared Thermography and Shearography / F. Taillade, M. Quiertant, K. Benzarti, Ch. Aubagnac // NDTCE’09, Non-Destructive Testing in
Civil Engineering. – Nantes, France, 2009.
3. Maerz N., Galecki G., Nanni A. Experimental non-destructive testing
of FRP materials, installation, and performance. – URL: http: //web.mst.edu/
~norbert/pdf/589_Maerz.pdf.
4. Пособие П 1-98 к СНиП 2.03.01-84*. Усиление железобетонных
конструкций / Минстройархитектуры Республики Беларусь. – Минск,
1998. – 189 с.
5. Бондаренко Ю.В., Мольский М.М., Якименко М.В. Особенности
определения расчетных значений деформативно-прочностных характеристик бетона при малых выборках образцов, отобранных из конструкций эксплуатируемых объектов // Коммунальное хозяйство городов. –
2013. – № 107. – С. 72–79.
Об авторе
Быков Антон Алексеевич (Пермь, Россия) – инженер кафедры
«Строительные конструкции и вычислительная механика», Пермский
национальный исследовательский политехнический университет (614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: violentharpy@yandex.ru).
263
УДК 624.27/.8
ИСПЫТАНИЕ ПУТЕПРОВОДА С ПРИМЕНЕНИЕМ
СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА АСМК
А.Н. Вайтович, К.К. Шикуть
Белорусский национальный технический университет,
Минск, Республика Беларусь
Рассмотрена целесообразность использования системы мониторинга АСМК, разработанной на кафедре «Мосты и тоннели» Белорусского
национального технического университета при испытаниях путепроводов
перед вводом в эксплуатацию.
Ключевые слова: мост, путепровод, испытание, система мониторинга, испытательная нагрузка.
Испытание мостов один из наиболее ответственных этапов в жизненном цикле сооружения. Именно здесь осуществляется контроль
технического состояния мостов, выявляются особенности его работы
и соответствие проектным параметрам и расчетам.
Процесс производства работ по испытанию мостовых сооружений
требует четкого согласования работ, особого внимания при установке
оборудования, снятия показаний, а также своевременной обработки полученной информации и выдачи заключения о работоспособности сооружения в целом.
Для наиболее полной автоматизации процесса испытания мостов
сотрудниками кафедры «Мосты и тоннели» БНТУ была разработана
система мониторинга АСМК. Система включает в себя:
– электронные тензодатчики и инклинометры с блоком обработки,
хранения и передачи данных по беспроводному соединению;
– электронные прогибомеры, позволяющие получать данные о прогибах конструкций с периодичностью 0,1 с;
– электронные инклинометры, позволяющие определять углы поворота балок в двух плоскостях;
– вибростанция;
– программное обеспечение для обработки входных данных;
– серверная станция.
Ожидаемые (теоретические) значения от испытательной нагрузки контролируемых параметров определяются в программном ком264
плексе, основанном на методе конечных элементов, SOFiSTiK или
Midas Civil.
На территории Республики Беларусь при испытании мостовых сооружений система мониторинга АСМК впервые была опробована сотрудниками кафедры при вводе в эксплуатацию путепровода на пересечении проспекта Независимости с улицей Филимонова в городе Минске.
Основные характеристики путепровода:
– пролетное строение – ребристые балки без диафрагм, изготовленные по серии Б 3.503.1-3.02 «Балки железобетонные тавровые длиной 18, 21 и 24 м со смешанным армированием пролетных строений
мостов на автомобильных дорогах», высота балок – 1,23 м;
– количество балок на пролетное строение – 18 шт.;
– поперечное объединение балок – по плите проезжей части с помощью омоноличивания петлевых стыков по полкам балок;
– конструкция плиты проезжей части – железобетонная плита в составе основной несущей железобетонной конструкции;
– габарит путепровода – Г-(19,5+2,0+12,5) +2×1,0 м;
– год постройки – 2015;
– проектные нагрузки согласно ТКП 45-3.03-232-2011 – А14 и НК-112;
– продольная схема, м – 24,0+21,0;
– косина сооружения – 79°30'.
В качестве статической нагрузки для испытания путепровода использовались автосамосвалы МАЗ-5516, МАЗ-6501 и самосвальные
автопоезда МАЗ-6422 с полуприцепами МАЗ-9506. Согласно требованиям нормативных документов производилось загружение большего из пролетов путепровода (L1-2). Динамическая нагрузка создавалась прокаткой автосамосвала МАЗ-6501 через искусственную неровность (порожек).
Результаты испытаний отображались на персональном компьютере
мобильной серверной станции в режиме реального времени в виде графиков и табличных форм (рисунок, таблица).
Системы мониторинга АСМК, разработанной на кафедре «Мосты
и тоннели», является одним из наиболее перспективных направлений
в области диагностики мостовых сооружений. Также стационарно установленная система мониторинга на сооружении позволит отслеживать весь его жизненный цикл (строительство, ввод в эксплуатацию,
эксплуатация, капремонт и демонтаж) и постоянно контролировать
возникающие деформации и прогибы, что позволяет, например, осуществлять контроль пропуска сверхнормативных нагрузок.
265
Рис. Мобильная серверная станция во время
производства работ по испытанию путепровода
Результаты основных показателей испытания
Местоположение
испытываемого элемента конструкции
Наименование параметров
Напряжения
S
Упругий
в железобетонных
K= e
Scal
прогиб, мм
конструкциях,
Остаточfr
МПа
ный про- α =
f el
теоретеорепо на- гиб fr, мм
фактифактипо
тичетичепряжеческий
ческие
прогибу
ский
ские
ниям
(Se)
(Se)
(Scal)
(Scal)
Б14 ½ L1-2
9,0
8,7
6,02
6,00
0,97
0,99
0,2
0,02
Б15 ½ L1-2
8,1
7,4
6,39
5,92
0,91
0,93
1,8
0,24
Б16 ½ L1-2
7,2
6,8
5,42
5,05
0,94
0,93
2,0
0,29
Б17 ½ L1-2
5,7
5,5
3,60
3,44
0,96
0,96
2,2
0,40
Б18 ½ L1-2
2,9
2,8
2,71
2,50
0,97
0,92
1,3
0,46
266
Список литературы
1. Мосты и трубы. Строительные нормы проектирования = Масты i
трубы. Будаўнiчыя нормы праектавання: ТКП 45-3.03-232-2011 (02250). –
Введ. 22.04.11 / Министерство архитектуры и строительства. – Минск,
2012. – 199 с.
2. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний = Масты i
трубы. Правiлы абследаванняў i выпрабаванняў: ТКП 45-3.03-60-2009
(02250). – Введ. 18.09.09 / Министерство архитектуры и строительства. – Минск, 2009. – 29 с.
3. ТКП EN 1990-2011 (02250) Еврокод. Основы проектирования
строительных конструкций / Министерство архитектуры и строительства. – Минск, 2012. – 70 с.
4. Испытание сталежелезобетонного пролетного строения длиной
55 метров с применением инновационного измерительного оборудования / Г.П. Пастушков, В.Г. Пастушков, В.А. Белый, А.А. Яковлев
[Электронный ресурс] // Наука та прогрес транспорту. – 2010. –
№ 33. – С. 191–192. – URL: http: //elibrary.ru/item.asp?id=22284895.
5. Пастушков Г.П., Пастушков В.Г. О переходе на европейские нормы
проектирования мостовых конструкций в Республике Беларусь // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. – 2011. – № 2. – С. 113–121.
6. Пастушков В.Г., Вайтович А.Н., Янковский Л.В. Сборно-монолитная плита проезжей части с контактным соединением специального
профиля // Науковедение: интернет-журн. – 2013. – № 5 (18). – С. 2.
Об авторах
Вайтович Александр Николаевич (Минск, Республика Беларусь) – ассистент кафедры «Мосты и тоннели», Белорусский национальный технический университет (220013, г. Минск, пр. Независимости, 65;
e-mail: aa4387-7@mail.ru).
Шикуть Камилла Казимировна (Минск, Республика Беларусь) –
студентка, Белорусский национальный технический университет
(220013, г. Минск, пр. Независимости, 65; e-mail: ftk_kam@tut.by).
267
удк 624.21.014.2
ИССЛЕДОВАНИЕ УРОВНЯ УСТАЛОСТНЫХ
ПОВРЕЖДЕНИЙ В МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
МЕТОДОМ ИНФРАКРАСНОЙ ТЕРМОГРАФИИ
С.П. Глушков, Л.Ю. Соловьев,
И.В. Засухин, Р.А. Шаршов
Сибирский государственный университет путей сообщения,
Новосибирск, Россия
Представлен способ определения перехода упругих деформаций в пластические при помощи тепловизионного оборудования. Описан метод локализации очага возникновения упругопластических деформаций для плоских
стальных сечений по анализу тепловых карт вне зависимости от наличия
концентратора напряжений. Рассмотрено выделение поверхностного тепла упрочняющегося материала.
Ключевые слова: инфракрасная термография, тепловизионное оборудование, сталь, пластичность, термоупругий эффект, термопластический эффект, мост, усталостные трещины.
Характерной неисправностью сварных металлических конструкций мостов являются усталостные трещины, возникающие со временем
в зонах концентрации напряжений. Эффективным методом выявления
таких трещин является метод инфракрасной термографии, однако для
его успешного использования требуется проведение исследований, направленных на установление зависимостей изменения температуры на
поверхности конструкции от уровня накопленных повреждений и интенсивности нагружения материала.
Основные механические показатели стали получают на основании
механических испытаний. Для этих целей предусмотрены стандарты,
в которых прописана технология проведения испытания и геометрические характеристики опытных образцов [1]. Однако для элементов,
имеющих концентраторы напряжений сложной формы, определение
места и момента возникновения очага упругопластических деформаций
по диаграмме напряженно-деформируемого состояния вызывает ряд
сложностей. Одним из способов решения данной проблемы является
регистрация в образце изменений тепловых полей. Теплота, выделяю268
щаяся в процессе пластической деформации, может быть зафиксирована несколькими методами: термоэлектрическим, калориметрическим
и тепловизионным [2]. Однако наиболее простым и информативным
является тепловизионный метод исследования.
Цель данной работы – регистрация и локализация наступления упругопластических деформаций на основе данных тепловизионной съемки.
За последние несколько десятков лет термографическое исследование поведения различных материалов приковывает к себе большое
внимание инженеров и ученых по всему миру. Это объясняется несколькими факторами. С одной стороны, образующиеся при деформировании конструктивного элемента тепловые излучения несут в себе
большой объем информации относительно характера работы и повреждаемости детали. С другой стороны, в последнее время появились довольно совершенные приборы для бесконтактного измерения температуры. Современное тепловизионное оборудование позволяет регистрировать изображение в инфракрасной области спектра с высокой
точностью. При этом тепловая диагностика не требует специальных
навыков и занимает сравнительно небольшое количество времени как
на съемку, так и на обработку результатов.
В качестве опытных образцов использовались пластинки из малоуглеродистой (Ст3кп). Для выравнивания коэффициента излучения поверхности образцы покрывались тонким слоем черной краски. Все образцы устанавливались в машину для испытаний на одноосное растяжение и нагружались ступенями с равным шагом со скоростью 2 мм/мин.
Образцы подвергались повторно-переменным нагружениям с увеличением нагрузки на каждом шаге. На каждом этапе образец находился
в неподвижном состоянии 1 мин для стабилизации температуры (рис. 1).
Для измерения поверхностной температуры на расстоянии 0,2 м
был установлен тепловизор Fluke Ti400, имеющий погрешность измерения 2 % и тепловую чувствительность до 0,01 °С. Опыты проводились при температуре окружающего воздуха 25 °С.
Обработка изображения проводилась при помощи программного
обеспечения SmartView, поставляемое совместно с тепловизором компанией Fluke. Выходными данными служили зарегистрированные
в каждый момент времени усилие и деформации в образце, а также точная температурная карта инфракрасного изображения, позволяющая
получить функцию температуры от времени и координат точки на исследуемом образце. В обработке фиксировалось только изменение температуры на каждом участке нагружения. В связи с тем что эти изменения
269
происходили в относительно короткий промежуток времени, можно утверждать, что влиянием окружающей среды можно пренебречь.
Рис. 1. Режим нагружения образцов
Рис. 2. Функция изменения продольной нагрузки
и температуры по времени для малоуглеродистой стали.
I – график продольной нагрузки; II – график изменения температуры
Открытый в середине XIX в. термоупругий эффект (эффект Томсона) объясняет поведение материала в упругой зоне [3]. Согласно ему
при растягивающих напряжениях, меньших предела пропорциональности, температура в образце падает, а при сжимающих растет. При появлении пластических деформаций возникает термопластический эффект,
и изменение температуры резко меняет знак. При рассмотрении упрочняющегося образца предел пропорциональности увеличивался, что
подтверждал и график изменения температуры [4].
Сопоставляя изменения температуры в тепловой карте, можно выделить ряд точек, в которых в одинаковый момент времени резко меняется знак угла наклона функции. Это позволяет достаточно точно определить зону, в которой зародились пластические деформации.
270
По рис. 2 легко можно выделить ряд участков. Интервал от точки 0
до 1 (1’) описывает упругие деформации, а от 1 (1’) до 2 (2’) – пластические. Далее температура стабилизировалась, и образец остывал, а затем разгружался (интервал от 3 (3’) до 4), что сопровождалось небольшим выделением тепла согласно эффекту Томсона.
Таким образом, с помощью тепловизионного оборудования можно
определить точный момент начала пластических деформаций. При нахождении в элементе концентратора напряжений в виде отверстия различной формы можно определить очаг зарождения изменений в структуре материала, что может помочь при диагностике сложных сечений.
Метод инфракрасной термографии не требует непосредственного контакта с образцом, дополнительного оборудования и вспомогательных
действий от исследователя, имеет большую информативность
Список литературы
1. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести:
учебник для студентов вузов. – М.: Машиностроение, 1975. – 400 с.
2. Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. –
М., 2009. – 544 с.
3. Thompson / On the dynamical theory of heat // Trans. Roy. Soc. Edinburgh. – 1853. – Vol. 20. – P. 261–283.
4. Pieczyska E.A., Gadaj S.P., Nowacki W.K. Thermoelastic and thermoplastic effects during loading and unloading of an austenitic steel // Quantitive infared thermography. Proceeding of Eurotherm Seminar № 60. –
Poland, Lodz, 2000. – P. 112–116.
Об авторах
Глушков Сергей Павлович (Новосибирск, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «ТММиЭМ», Сибирский государственный университет путей сообщения (e-mail.ru: rcpl@ngs.ru).
Соловьев Леонид Юрьевич (Новосибирск, Россия) – кандидат
технических наук, доцент кафедры «Мосты», Сибирский государственный университет путей сообщения (e-mail.ru: lys111@yandex.ru).
Засухин Илья Витальевич (Новосибирск, Россия) – аспирантстажер кафедры «Мосты», Сибирский государственный университет
путей сообщения (e-mail.ru: zasukhiniv@mail.ru).
Шаршов Роман Александрович (Новосибирск, Россия) – аспирант кафедры «Мосты», Сибирский государственный университет путей сообщения (e-mail.ru: sharshov.r.a@gmail.com).
271
УДК 625.721: 551.582 (571.1)
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАСЧЁТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ
ВЛАЖНОСТИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА
ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
В УСЛОВИЯХ III ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ
ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО РЕГИОНА
С.В. Ефименко1, И.В. Федотов1,2
1
Томский государственный архитектурно-строительный университет, Россия
2
ООО «СИБНЕФТЕГАЗПРОЕКТ», Томск, Россия
Показана необходимость выполнения более детального районирования
в таксономической системе «зона–подзона–район». Отражён ряд существующих методов прогнозирования расчётной влажности глинистых грунтов земляного полотна. В качестве базового для районов, характеризуемых
близким уровнем залегания грунтовых вод на территории Западной Сибири,
выбран метод проф. И.А. Золотаря. Значения расчётной влажности, установленные с применением теоретического прогнозирования, будут способствовать обеспечению качества проектирования автомобильных дорог.
Ключевые слова: автомобильная дорога, земляное полотно, дорожная одежда, проектирование, дорожно-климатическое районирование,
глинистые грунты, расчётные характеристики грунтов.
Опыт эксплуатации транспортных сооружений на территории западно-сибирского региона, в том числе в природно-климатических условиях III дорожно-климатической зоны (ДКЗ), свидетельствует, что их
срок службы ниже, чем в европейской части России. Связано это в первую очередь с недостаточным учетом природно-климатических условий
отдельных регионов в действующих на территории Российской Федерации нормах проектирования транспортных сооружений, например,
СНиП 2.05.02-85*, его актуализированная редакция СП 34.13330.2012,
ОДН 218.046-01. Карты дорожно-климатического районирования, отражённые в указанных документах, отличаются друг от друга и не отвечают современным требованиям, предъявляемым к объектам транспортного строительства. Считаем, что дорожно-климатическое районирование,
должно быть более дробным, т.е. помимо выделяемых таксонов – зона
272
(см. СНиП 2.05.02-85*) и подзона (см. СП 34.13330.2012, ОДН 218.046-01),
должен присутствовать таксон более низкого уровня – дорожный район
[1, 2]. Кроме того, отраслевые дорожные нормы ОДН 218.046-01 при
проектировании дорожных одежд рекомендуют использовать комплекс
расчётных значений характеристик грунтов, полученный на основании
исследований, выполненных в европейской части России, а затем, часто
без достаточного обоснования, распространённый на остальные территории. Однако глинистые грунты, получившие широкое распространение на территории Российской Федерации, расположенные в западносибирском регионе и, например, на территории юга европейской части
России, отличаются по своему составу и свойствам, о чём свидетельствуют результаты ранее выполненных исследований [3, 4]. В том числе
по этой причине ОДН 218.046-01 в ряде пунктов (п.п. 1.7, 2,37 и т.д.)
предлагает учитывать данные регионального научно-практического
опыта, отраженного в действующих региональных технических условиях, нормах и правилах, утвержденных в установленном порядке.
Таким образом, для обеспечения качества проектирования транспортных сооружений на территории западно-сибирского региона требуется решить ряд задач, связанных с уточнением действующего дорожноклиматического районирования в таксономической системе «зона–
подзона–район» и обоснованием расчетных значений, сдвиговых и деформационных характеристик, широко распространённых на территории
исследования, глинистых грунтов для выделенных дорожных районов.
Достоверно известно, что значения вышеуказанных характеристик грунтов изменяются в зависимости от величины их расчётной влажности [5].
Поэтому расчётная влажность грунта является основным показателем,
характеризующим состояние дорожных конструкций, что подтверждено
выполненными исследованиями [6].
Однако определить расчётное значение влажности грунтов рабочего
слоя земляного полотна в натурных условиях возможно далеко не для всех
районов на территории исследования. Связано это с неравномерным распространением сети автомобильных дорог в западно-сибирском регионе.
Поэтому назначение расчетной влажности земляного полотна осуществляется с использованием методов математического моделирования [1, 7].
В решение вопроса прогнозирования расчетной влажности грунта
земляного полотна транспортных сооружений существенный вклад внесли профессора-дорожники И.А. Золотарь, В.М. Сиденко, Н.А. Пузаков,
М.Б. Корсунский, В.И. Рувинский и др.
273
Так, проф. В.М. Сиденко предложил аналитический метод прогноза величины расчетной влажности грунтов земляного полотна, применение которого позволяет установить её значение в произвольный временной промежуток процесса промерзания системы «дорожная одежда
и земляное полотно», на произвольной глубине в пределах границ активной зоны земляного полотна. Отметим, что применение этого метода ограничено лишь степными районами, расположенными в природно-климатических условиях IV и V ДКЗ [5].
Проф. Н.А. Пузаков разработал методику, позволяющую выполнить
прогноз расчетной влажности грунта земляного полотна в зависимости
от глубины его промерзания, не учитывающий скорость продвижения
фронта промерзания в его теле. Однако методика проф. Н.А. Пузакова
применима только в случае глубокого залегания грунтовых вод [6].
Методика прогнозирования расчетной влажности грунтов земляного полотна, предложенная проф. М.Б. Корсунским, предназначена
для районов с сезонным промерзанием грунтов, в условиях близкого
залегания уровня грунтовых вод, расположенных в европейской части
бывшего Советского Союза [8].
Разработанный проф. В.Н. Ефименко метод определения значения
расчетной влажности грунта применительно к условиям 1-го типа местности по характеру и степени увлажнения основан на длительном периоде исследованиях водно-тепловых процессов, протекающих в земляном полотне автомобильных дорог, находящихся на территории
Юго-Востока Западной Сибири (Томская и Кемеровская области)
в природно-климатических условиях II, III и IV ДКЗ [9].
Проф. В.И. Рувинский разработал теорию влагонакопления в грунтах земляного полотна, учитывающую перемещение капиллярной воды, однако применять её возможно в природно-климатических условиях II и III ДКЗ европейской части Российской Федерации [10].
Рассмотренные методы прогноза влажности грунта земляного полотна не универсальны. Возможность их применения ограничена природно-климатическими условиями отдельных территорий. Что касается
районов Западной Сибири, то для них апробирован и показал хорошую
сходимость результатов, теоретического моделирования и фактических
наблюдений метод проф. И.А. Золотаря, что подтверждено результатами ранее выполненных исследований [1, 7, 9].
Метод, предложенный проф. И.А. Золотарём, основан на стадийном прогнозировании осенней, а затем весенней влажности грунта зем274
ляного полотна. При этом учитывают следующие признаки: схема увлажнения земляного полотна, глубина, на которой располагается уровень грунтовых вод (УГВ) в осенний период, высота расположения низа дорожной одежды над УГВ, коэффициент влагопроводности грунта
земляного полотна, дата начала и окончания периода осеннего влагонакопления, которую устанавливают с учетом метеорологических характеристик района, конструктивные особенности дорожной одежды,
характеристика скорости промерзания дорожной конструкции. Отметим, что метод проф. И.А. Золотаря был усовершенствован нами в части учёта скорости промерзания дорожных конструкций [1, 7].
Сопоставление результатов прогнозирования влажности грунтов
рабочего слоя земляного полотна, выполненное для участков автомобильных дорог, характеризуемых близким уровнем залегания грунтовых вод, с результатами фактических наблюдений оценено линейным
коэффициентом корреляции (r). Его значение для осенней влажности
составило 0,86, а для весенней влажности – 0,89. Результаты сопоставления указывают на возможность применения метода проф. И.А. Золотаря при прогнозировании значений расчётной влажности [7].
Таким образом, расчётные значения влажности, полученные по методу проф. И.А. Золотаря, будут применены нами при обосновании расчетных значений характеристик прочности и деформируемости грунтов земляного полотна, что будет способствовать обеспечению качества проектирования автомобильных дорог, в природно-климатических условиях
III дорожно-климатической зоны западно-сибирского региона, а следовательно, позволит избежать дополнительных расходов на проведение их
в нормативное состояние в течение жизненного цикла.
Список литературы
1. Ефименко С.В., Бадина М.В. Дорожное районирование территории Западной Сибири: моногр. – Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит.
ун-та, 2014. – 244 с.
2. Ефименко В.Н., Ефименко С.В. Теоретическое обоснование дорожно-климатического районирования территории Юго-Востока Западной Сибири // Вестн. Том. гос. архит.-строит. ун-та. – 2001. – № 2. – С. 5–10.
3. Коробкин В.И. Литология и условия образования плиоценчетвертичных пылевато-глинистых отложений европейской части России: дис. в виде науч. докл. на соискание учен. степ. д-ра геол.-мин.
наук. – Новочеркасск, 1993. – 60 с.
275
4. Ефименко С.В. Исследования состава и свойств глинистых грунтов районов Западной Сибири для назначения их расчётных характеристик // Вестн. Том. гос. архит.-строит. ун-та. – 2005. – № 1 (10). –
С. 213–220.
5. Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд /
под ред. И.А. Золотаря, Н.А. Пузакова, В.М. Сиденко. – М.: Транспорт,
1971. – 416 с.
6. Пузаков Н.А. Водно-тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог. – М.: Автотрансиздат, 1960. – 168 с.
7. Ефименко С.В. Обоснование расчетных значений характеристик
глинистых грунтов для проектирования дорожных одежд автомобильных дорог (на примере Западной Сибири): автореф. дис. … канд. техн.
наук. – Омск, 2006. – 23 с.
8. Корсунский М.Б., Гайворонский В.Н., Россовский П.Д. Прогнозирование расчётной влажности грунтов земляного полотна // Тр. СоюздорНИИ. Вып. 76. – М., 1975. – С. 5–29.
9. Ефименко В.Н. Водно-тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог при глубоком промерзании грунтов (на примере ЮгоВостока Западной Сибири): дис. … канд. техн. наук. – М., 1978. – 216 с.
10. Рувинский В.И. Оптимальные конструкции земляного полотна
на основе регулирования водно-теплового режима. – М.: Транспорт,
1982. – 166 с.
Об авторах
Ефименко Сергей Владимирович (Томск, Россия) – кандидат
технических наук, доцент, доцент кафедры «Автомобильные дороги»,
Томский государственный архитектурно-строительный университет
(ТГАСУ) (634003, г. Томск, пл. Соляная, 2; e-mail: svefimenko_80@mail.ru).
Федотов Игорь Владимирович (Томск, Россия) – аспирант кафедры «Автомобильные дороги», Томский государственный архитектурностроительный университет, ООО «СИБНЕФТЕГАЗПРОЕКТ», начальник отдела генерального плана и транспорта, (634012, г. Томск, пр. Кирова, д. 58, стр. 55; e-mail: fedotov519@mail.ru).
276
УДК 625.7/8
ВОПРОСЫ РАЗВИТИЯ МЕНЕДЖМЕНТА
КАЧЕСТВА В ДОРОЖНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
А.В. Кочетков, Л.В. Янковский
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Анализ проблематики, связанной с повышением качества транспортно-эксплуатационного состояния автомобильной дороги, дает возможность выделить основные направления деятельности в области обеспечения качества в дорожном хозяйстве. Разработка этих вопросов получила
еще большее значение в связи с принятием ISO 9000-2015, где оценка риска
становится основным инструментом для принятия решений в системах
менеджмента качества. Новым в версии стандарта ISO 9001: 2015 стали
требования по оценке рисков, а также подход, основанный на управлении
рисками при проектировании и разработке системы менеджмента.
Ключевые слова: дорожное хозяйство, качество, автомобильная дорога, показатели качества, однородность.
Автомобильная дорога относится к сложным техническим объектам, наиболее структурированным по схемам управления и финансирования со стороны государства. Целевое финансирование дорожного хозяйства, в первую очередь со стороны государства, широкое использование дороги всем населением страны определяет необходимость
определения критериев оценки качества дорожного хозяйства не только со стороны государства, но и со стороны участников движения – потребителей [1, 2, 3].
ГОСТ Р ИСО 9000–2001 определено, что качество – это степень соответствия характеристик требованиям. Для дорожного хозяйства качество означает степень соответствия автомобильной дороги и дорожного
хозяйства требованиям (пожеланиям и ожиданиям) пользователей дорог – всех участников движения по дорогам.
С учетом требований государственных контрактов при сдаче работ
подрядные организации берут на себя гарантийные обязательства по
поддержанию требуемого состояния объектов в течение заданного срока. В случае появления дефектов подрядчик устраняет их за свой счет.
Создается единый банк данных по гарантийным обязательствам. В ре277
зультате обеспечивается прозрачность соблюдения строительными организациями своих обязательств.
Качество во многом определяется нормативной базой дорожного
хозяйства. Федеральное дорожное агентство тратит много усилий на
переработку существующих и разработку новых национальных стандартов и методических документов. Ежегодно в плане научных работ
Росавтодора разрабатывается порядка 40–50 научно-методических документов.
В качестве актуальной задачи для Федерального дорожного агентства установлена реализация Федерального Закона «О техническом регулировании». Идет планомерная работа по созданию технических регламентов, которые определяют обязательные требования для всех участников дорожных работ. При этом национальные стандарты в России,
как и во всем мире, устанавливают минимальный уровень требований.
Сегодня понятие качества не означает просто обнаружение дефектов продукта. Технологические операции и процессы должны быть организованы таким образом, чтобы в ходе их выполнения вероятность
появления брака сводилась к минимуму. Таким образом, ключевым
моментом в современном представлении о качестве является управление процессами его создания. Без эффективного управления невозможно достичь качества продукции.
Для поднятия технологической дисциплины необходима разработка правовых актов, определяющих ответственность за качество работ,
а также стандартов, устанавливающих сроки службы автомобильных
дорог и искусственных сооружений.
В настоящее время готовится утверждение окончательной редакции стандартов, которая изменилась по сравнению с текстом версии
2008 г. Она создана в соответствии с директивой ISO Annex SL (ISO/IEC
Directives, Part 1 Consolidated ISO Supplement – Procedures specific to
ISO). Директива определяет требования к структуре систем управления
систем менеджмента (качества, административного управления документооборота и др.).
В новой структуре стандарта отражен процессный подход с учетом
оценки риска [4]. Например, введение стандарта устанавливает общие
сведения об ISO, стандартах серии 9000, управлении рисками, цикле
PDCA, процессном подходе, взаимосвязи стандарта ИСО 9001:2015 со
стандартами на другие системы управления.
Важно отметить появление п. 6.1 «Действия по реагированию на
риски и возможности». Это принципиально новый блок требований
278
ISO 9001: 2015. Организация должна определить риски и возможности,
которые способны повлиять на систему качества и результаты работы
организации. Также требуется создать план реагирования на риски
и возможности.
В качестве предварительного вывода можно отметить, что новым в
версии стандарта ISO 9001: 2015 стали требования по оценке рисков,
а также подход, основанный на управлении рисками при проектировании и разработке системы менеджмента.
Список литературы
1. Организационно-экономический механизм инновационной деятельности дорожного хозяйства / С.П. Аржанухина, А.А. Сухов, А.В. Кочетков, Л.В. Янковский // Инновационный вестник «Регион». – 2012. –
№ 4. – С. 40–45.
2. Кочетков А.В., Янковский Л.В. Перспективы развития инновационной деятельности в дорожном хозяйстве // Инновационный транспорт. – 2014. – № 1 (11). – С. 42–45.
3. Кокодеева Н.Е., Кочетков А.В., Янковский Л.В. Методические
подходы реализации принципов технического регулирования в дорожном хозяйстве // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. –
2011. – № 1. – С. 44–56.
4. Методологические основы оценки технических рисков / Н.Е. Кокодеева, В.В. Талалай, А.В. Кочетков, С.П. Аржанухина, Л.В. Янковский // Вестник ВолгГАСУ. Сер.: Строительство и архитектура. –
2012. – Вып. 28 (47). – С. 126–134.
Об авторах
Кочетков Андрей Викторович (Пермь, Россия) – профессор, доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобили и технологические машины», академик РАТ, председатель Поволжского отделения
РАТ, главный эксперт ФАУ, Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (614990, г. Пермь, Комсомольский
пр., 29; e-mail: soni.81@mail.ru).
Янковский Леонид Вацлавович (Пермь, Россия) – кандидат
технических наук, доцент кафедры «Автомобили и технологические
машины», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail:
yanekperm@yandex.ru).
279
УДК 625.7/8
УЛУЧШЕНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ
ПОКРЫТИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
И.Н. Кручинин1, А.Ю. Дедюхин2
1
Уральский государственный лесотехнический университет,
Екатеринбург, Россия
2
Испытательный центр «УралДорНИИ», Екатеринбург, Россия
Представленная работа предназначена для проведения анализа влияния структурирующей добавки на физико-механические характеристики
щебеночно-мастичного асфальтобетона ЩМА-15.
Ключевые слова: структурирующая добавка, щебеночно-мастичный
асфальтобетон.
В настоящее время исследования в области повышения транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог свидетельствуют
о невозможности обеспечить требуемую интенсивность движения на
покрытиях, выполненных по требованиям, заложенным в нормативных
документах прошлого века. Особенно остро встала проблема колееобразования [1].
При этом практически нет исследований о влиянии на колееобразование процессов формирования структурообразования асфальтобетонов,
особенно если речь заходит о щебеночно-мастичных покрытиях [2].
Целью данной работы является обоснование требований к стабилизирующим добавкам в ЩМА с учетом формирования структуры асфальтовящущего.
В российской и зарубежной практике сегодня применяют многощебенистые асфальтобетоны (ЩМА по ГОСТ 31015). Для усиления их
сдвиговых качеств на наиболее нагруженных трассах используют также более совершенные виды вяжущих, обладающих улучшенными
свойствами по сравнению с битумами по ГОСТ 2245, а также различные добавки, улучшающие свойства асфальтобетонов [3, 4].
Взяв за основу стабилизирующую минеральную добавку «Стилобит», авторы провели комплекс лабораторно-исследовательских работ
280
по оценке ее влияния на комплексные физико-механические характеристики бетонов [5].
В испытательном центре «УралДорНИИ» были подобрано три
смеси ЩМА-15 с процентным содержанием добавки 0,3; 0,4; 0,5 % от
массы минеральной части. Все смеси прошли испытания на соответствие требованиям ГОСТ 31015-2002, ПНСТ.
По результатам испытаний выяснилась следующая закономерность. У асфальтобетонов с количеством добавки 0,4 и 0,5 % физикомеханические свойства находились на одном уровне, при 0,3 % результаты были ниже, чем у асфальтобетонов с более высоким количеством
добавки по таким показателям, как сцепление при сдвиге при температуре 50 °С на 17,6 %. Предел прочности при сжатии при 50°С и коэффициент внутреннего трения были соизмеримы у всех трех образцов
асфальтобетонов.
Таким образом возникли предпосылки исследовать повышенное
содержание минеральной добавки в смеси. Ее количество было доведено до 1,0 % от массы минеральной части.
Результаты указывали на то, что при увеличении добавки смесь с каждым разом становилась более жесткой. После стабилизации асфальтобетонных плит они подверглись испытанию на колееобразование на устройстве Wheel Tracking Device. По результатам испытаний (таблица) выявилась следующая закономерность: при увеличении количества добавки
стойкость к колееобразованию улучшается. Однако остальные показатели
остались практически на прежнем уровне.
Физико-механические показатели ЩМА-15
(содержание «Стилобит» 1,0 %)
Наименование
материала
Колея,
мм
ЩМА-15
(содержание
«Стилобит» – 1,0 %)
2,61
Высота
ВодоСредняя
Битум %
образца,
насыще- плотность,
(сверх 100)
3
мм/% усадки ние, %
г/см
50/5,22
2,52
2,62
5,8
Учитывая то, что данные, полученные при испытании на компакторе, можно связать с показателями колейности на покрытии, появляется возможность прогнозировать, насколько будущий асфальтобетон
будет подвержен пластическим деформациям.
281
Таким образом, сверхнормативное увеличение количества добавки
может приводить к уменьшению колеи на асфальтобетонах и оказывать
влияние на его технологичность.
Список литературы
1. Васильев Ю.В., Беляев Н.Н. Колея износа: мифы и реальность //
Автомобильные дороги. – 2014. – № 12. – С. 66–70.
2. Кручинин И.Н., Дедюхин А.Ю. Применение хризотила в дорожном строительстве: моногр. /Урал. гос. лесотехн. ун-т. – Екатеринбург,
2011. – 152 с.
3. Дедюхин А.Ю., Кручинин И.Н., Еремян А.А. Структурированные минеральные порошки // Автомобильные дороги. – 2013. – № 10. –
С. 54–60.
4. Дедюхин, А.Ю., Кручинин, И.Н., Мелькумов, В.Н. Применение
техногенных отходов переработки хризотила в дорожном строительстве //
Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. Вып. 4 (16). –
Воронеж, 2009. – С. 141–148.
5. Кручинин, И.Н., Дедюхин А.Ю. Повышение эксплуатационных
характеристик покрытий автомобильных дорог из щебеночно-мастичных асфальтобетонов // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. – 2015. – № 3. – С. 85–96.
Об авторах
Кручинин Игорь Николаевич (Екатеринбург, Россия) – кандидат
технических наук, доцент кафедры «Транспорт и дорожное строительство», Уральский государственный лесотехнический университет
(620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37; e-mail: kinaa.k@ya.ru).
Дедюхин Александр Юрьевич (Екатеринбург, Россия) – кандидат
технических наук, директор испытательного центра «УралДорНИИ»,
(620072, г. Екатеринбург, ул. 40 лет ВЛКСМ, 1д/3; e-mail: lsm_ugltu@
mail.ru).
.
282
УДК 621.19
ТРУБОБЕТОННЫЕ БАЛКИ С ЧАСТИЧНО
ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫМ БЕТОННЫМ ЯДРОМ
ДЛЯ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МАЛЫХ МОСТОВ
О.Ю. Моисеев1, Д.Н. Парышев2, И.Г. Овчинников3,
В.В. Харин4, И.И. Овчинников5
1
ООО «Мостпроект», Курган, Россия
ЗАО «Курганстальмост», Курган, Россия
3
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
4
Курганский институт железнодорожного транспорта, Россия
5
Московский автомобильно-дорожный государственный технический
университет (МАДИ), Сочинский филиал, Саратов, Россия
2
Рассматривается возможность использования в пролетных строениях малых мостов балочной конструкции трубобетона с асимметричным предварительно напряженным бетонным ядром. С целью снижения
стоимости трубобетонной балки предлагается в качестве металлической
трубчатой оболочки использовать старогодные нефтегазовые трубы.
Применение частичного предварительного напряжения бетонного ядра
позволяет управлять напряженным состоянием трубобетонной балки.
Ключевые слова: малые мосты, пролетные строения, трубобетон,
армирующие элементы, бетонное ядро, внецентренное сжатие, металлическая оболочка.
На федеральной сети автомобильных дорог общего пользования
РФ расположено 41,8 тыс. мостовых сооружений. Большинство таких
сооружений относится к категории малых и средних мостов, построенных в 1960–1970-х гг. по действующим в то время нормам проектирования. В настоящее время в качестве проектных используются большие
нагрузки А14 и Н14. Но на дорогах общего пользования все еще эксплуатируются мосты, построенные по старым нормам.
В последнее время происходит прогрессирующее ухудшение состояния мостов на дорогах общего пользования. Так, анализ материалов обследования малых и средних мостов показывает, что целый ряд
повреждений носит массовый характер: неисправность гидроизоляции
283
и деформационных швов, размыв опор и устоев, выход из строя опорных частей и т.д. Но наиболее важным с точки зрения эксплуатационных свойств является состояние пролетных строений.
В настоящее время возрастает потребность в сооружении надежных и недорогих малых автодорожных мостов. В первую очередь это
связано с тем, что для развития экономики по всей стране должно развернуться массовое строительство автомобильных дорог, что потребует
возведения большого количества малых мостов.
Наиболее простые и экономичные мостовые сооружения – малые
мосты балочной системы, где главными элементами являются опоры и
пролетные строения. При этом пролетные строения, как правило, самые сложные и дорогие элементы в малых мостах, которые в значительной мере определяют общую стоимость мостового сооружения.
Предлагаемая авторами перспективная и экономически выгодная
трубобетонная балка с применением старогодных труб, которая может
эффективно работать в пролетных строениях малых мостов, представлена на рис. 1.
Рис. 1. Трубобетонная балка с асимметрично предварительно
напряженным бетонным ядром; 1 – бетон (неармированная часть
бетонного ядра); 2 – предварительно напряженный железобетон
(армированная часть бетонного ядра); 3 – старогодная
нефтегазовая труба
Конструкции с использованием трубобетонных элементов начали
широко применяться в промышленности и в гражданском строительстве более 70 лет назад. Трубобетон представляет собой бетон, заключенный в металлическую трубу. Но, как показывает мировой опыт использования прямых трубобетонных балок (у которых отсутствует
кривизна их осей), всегда ограничиваются конструкциями, где балки
применяются или в качестве колонн, или в качестве опор. При этом
284
обеспечивается осесимметричное или внецентренное нагружение сжатием трубобетонной конструкции, у которой бетонное ядро работает
в условиях объемного сжатия.
Обычные прямые трубобетонные балки в пролетных строениях
мостов использовать практически невозможно в силу того, что в нижней части балки бетонное ядро работает на растяжение и уже при деформации 0,003 в нем образуются трещины. По этой причине в обычных изгибаемых трубобетонных балках бетонное ядро малоэффективно, а грузоподъемность такой трубобетонной балки может оказаться
ненамного больше грузоподъемности пустотелой металлической трубчатой балки. На практике трубобетонные конструкции в пролетных
строениях мостов всегда используются в виде арок, у которых бетонное ядро работает в условиях объемного сжатия. Однако любые арочные конструкции сложны и затратны в изготовлении и транспортировке их к месту строительства моста, и уже только по этим показателям
существенно проигрывают прямым балкам.
Для реализации потенциальных грузоподъёмных свойств прямой
трубобетонной балки необходимо создать в её сечении неравномерное
распределение предварительных сжимающих напряжений. При этом
максимальные сжимающие напряжения в бетонном ядре должны быть
в наиболее растянутых от внешней нагрузки частях ядра (т.е. в её нижней части, наиболее удаленной от оси), для чего напрягаемую арматуру
располагают асимметрично (эксцентрично), как показано на рис. 1.
От действия растягивающих усилий от армирующих элементов
в сечении трубобетонной балки возникает внецентренное сжатие. Кроме сжимающего усилия в сечении трубобетонной балки также возникает и изгибающий момент, обратный по знаку моменту от внешней нагрузки. В процессе изготовления такая трубобетонная балка получает
выгиб, обратный прогибу от внешней нагрузки (по сути дела это строительный подъем). Следовательно, предварительно напряженная арматура в трубобетонной балке создает наибольшие сжимающие напряжения в нижней части бетонного ядра, препятствуя в дальнейшем появлению в нем трещин от действия внешних нагрузок. А при нагрузках,
близких к разрушающим, когда в растянутой зоне бетонного ядра начитается трещинообразование, арматура будет воспринимать растягивающие усилия аналогично арматуре в железобетонных элементах.
На рис. 2 представлены возможные схемы натяжения армирующих
элементов в трубобетонной балке. Очевидно, что для облегчения за285
полнения полости трубы бетоном эти элементы надо располагать или
под углом, или вертикально, причем вполне можно применять и самоуплотняющийся бетон.
а
б
Рис. 2. Способы реализации асимметричного предварительного
напряжения в трубобетонных балках: а – с передачей усилия на упоры 3;
б – с передачей усилия на бетон ядра 2; 1 – старогодная нефтегазовая труба;
2 – бетонное ядро; 3 – торцевой упор; 4 – армирующие элементы
(только арматура для б, стальной трос или арматура для а)
Напряженное состояние трубобетонной конструкции можно регулировать в широких пределах, создавая искусственные поля напряжений, благоприятные для работы несущей балки (управляя усилиями натяжения в армируюших элементах при создании предварительного
напряжения). Важно отметить, что повышение грузоподъёмности рассматриваемой прямой трубобетонной балки достигается не технологическими, а конструктивными мероприятиями. Это существенно снижает
стоимость изготовления (в том числе путем использования старогодных нефтегазовых труб) и значительно расширяет эксплуатационные
свойства балки. Так, в схеме на рис. 2, а можно вместо стальной арматуры применять стальные тросы, отделив их от бетонного ядра полимерными чехлами. При этом возникает возможность управления не
только статическими, но и динамическими напряжениями в трубобетонной балке при её использовании в пролетном строении малого моста. В таком случае можно говорить о классе малых мостов, адаптируемых к эксплуатационным нагрузкам.
В настоящее время практически отсутствуют методы расчета прямых трубобетонных балок для пролетных строений малых мостов. Расчетные методы должны учитывать особенности конструкции предлагаемых балок, в первую очередь рассматривать их как выполненные из
композиционных материалов на неметаллической матрице, у которых
поля напряжений в общем случае нелинейные и нестационарные.
286
Кроме того, следует рассмотреть все физически реализуемые варианты
совместной работы металлической трубчатой оболочки, бетонного ядра
(матрицы) и армирующих элементов (стальной арматуры или стальных
тросов), что позволит раскрыть потенциальные эксплуатационные
свойства предлагаемой трубобетонной балки как элемента пролетного
строения малых мостов.
Следует иметь в виду, что при поставке трубобетонных балок на
строительную площадку их необходимо четко маркировать, чтобы не
перепутать ориентацию балок с частично предварительно напряженным ядром при установке в проектное положение.
Дополнительно, как конструктивный вариант, можно рассматривать повышение несущей способности трубобетонных балок на изгиб
путем установки горизонтальной тонкостенной металлической (или
фибропластиковой) перегородки и заполнения верхней части полости
металлической трубчатой балки обычным бетоном, а нижней части –
фибробетоном, что позволит более эффективно использовать возможности каждого материала.
Список литературы
1. О проблеме расчета трубобетонных конструкций с оболочкой
из разных материалов. Ч. 2. Расчет трубобетонных конструкций с металлической оболочкой / И.И. Овчинников, И.Г. Овчинников, Г.В. Чесноков, Е.С. Михалдыкин // Науковедение: интернет-журн. – 2015. –
Т. 7, № 4.
2. Кришан А.Л. Трубобетонные колонны с предварительно обжатым ядром: моногр. / Рост. гос. строит. ун-т. – Ростов н/Д, 2011. – 372 с.
3. Маренин В.Ф. Исследование прочности стальных труб, заполненных бетоном, при осевом сжатии: дис. … канд. техн. наук. – М.,
1959. – 231 с.
4. Долженко А.А. Трубчатая арматура в железобетоне: дис. … д-ра
техн. наук. – М., 1963. – 413 с.
5. Яровой И.С. Исследование напряженно-деформированного состояния гибких внецентренно сжатых трубобетонных элементов при
кратковременном и длительном действии нагрузки: дис. … канд. техн.
наук. – Кривой Рог, 1974. – 195 с.
6. Дуванова И.А., Сальманов И.Д. Трубобетонные колонны в строительстве высотных зданий и сооружений // Строительство уникальных
зданий и сооружений. – 2014. – № 6 (21). – С. 89–103.
287
7. Стороженко Л.И., Семко А.В. Сравнение методик расчета трубобетонных конструкций // Коммунальное хозяйство городов: науч.техн. сб. – 2005. – № 63. – С. 59–67.
Об авторах
Моисеев Олег Юрьевич (Курган, Россия) – генеральный директор ООО «Мостпроект», доктор транспорта (e-mail: mostproekt@
kurganstalmost.ru).
Парышев Дмитрий Николаевич (Курган, Россия) – действительный член Российской академии транспорта, генеральный директор,
ЗАО «Курганстальмост» (e-mail: kancler@kurganstalmost.ru).
Овчинников Игорь Георгиевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобильные дороги и мосты»,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Заслуженный деятель науки РФ, действительный член Российской академии транспорта (e-mail: bridgesar@mail.ru).
Харин Валерий Васильевич (Курган, Россия) – кандидат технических наук, доцент, действительный член Российской академии транспорта, заместитель директора по научной работе и инновационному
развитию, Курганский институт железнодорожного транспорта (e-mail:
uralakademia@mail.ru).
Овчинников Илья Игоревич (Саратов, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Транспортное строительство», Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), Сочинский филиал (e-mail: bridgeart@mail.ru).
288
УДК 625.745.22
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ТИПА СЕЧЕНИЯ
МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ГОФРИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ
ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО
ПЕШЕХОДНОГО ПЕРЕХОДА
О.В. Моисеева, В.И. Клевеко
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Приведены результаты сравнения наиболее используемых сечений
металлических гофрированных конструкций. На основе анализа выявлено
сечение, наиболее оптимальное с точки зрения экономии.
Ключевые слова: металлические гофрированные конструкции, пешеходный переход, тоннель, сечение.
В последние годы вопрос безопасности пешеходов на пешеходных
переходах стоит очень остро. Количество аварийных случаев на этих
участках дороги говорит о том, что обычные наземные пешеходные переходы со световым регулированием уже не обеспечивают необходимый уровень безопасности. Для решения данной проблемы необходимо
внедрение альтернативных видов переходов.
В целях уменьшения стоимости наземных и подземных пешеходных переходов, возможна замена железобетонных и иных конструкций
на металлические гофрированные конструкции [1–2].
Области применения металлических гофрированных конструкций
(МГК) с каждым годом расширяются. Одним из способов применения
МГК служит устройство подземных пешеходных переходов (ППП). Применение данной технологии приводит к значительной экономии материалов и рабочей силы, так как не требует такой техники, как при устройстве
перехода из железобетонных конструкций [4–5].
Компании, ориентированные на производство и монтаж МГК,
производят несколько видов сечений, каждое из которых предназначено для определенного вида конструкций [5].
Всего производится семь видов сечений: круглая труба; горизонтально ориентированный эллипс; вертикально ориентированный эллипс;
289
полицентрическое очертание; арка кругового очертания; арка пониженного/повышенного очертания.
Однако не все сечения подходят для устройства переходов. Для
определения сечений, которые наиболее подходят для устройства ППП,
возьмем минимальные размеры пешеходного тоннеля (рис. 1) и впишем их в сечения, которые собираются из гофрированных листов
(ТУ 5264-001-44152952-04 Элементы стальных гофрированных конструкций объектов транспорта) [6–7].
Рис. 1. Минимальные параметры
пешеходных тоннелей
Для выявления наиболее оптимального сечения будут сравниваться следующие параметры: площадь сечения; длина дуги сечения.
1. Круглая труба с постоянным значением диаметра (рис. 2). Основное назначение конструкции – водопропускная труба, но может применяться и для устройства пешеходных тоннелей, лавино-защитных галерей, скотопрогонов и проездов.
Характеристики данного сечения: длина дуги – 12,50 м, площадь
сечения – 12,44 м2.
Рис. 2. Круглая труба
290
2. Арка кругового очертания, с постоянным радиусом (рис. 3). Обычно возводится на ленточном бетонном фундаменте.
Характеристики сечения: длина дуги – 8,74 м, площадь сечения –
13,17 м2.
Рис. 3. Арка кругового очертания
3. Арка пониженного очертания (рис. 4).
Характеристики сечения: длина дуги – 9,14 м, площадь сечения –
16,07 м2.
Рис. 4. Арка пониженного очертания
4. Полицентрическое очертание (рис. 5).
Характеристики сечения: длина дуги – 13,23 м, площадь сечения – 14,69 м2.
Для наглядного сравнения, все полученные результаты сведем
в таблицу.
Рис. 5. Полицентрическое очертание
291
Характеристики сечений
№
п/п
1
2
3
4
Сечение
Круглая труба
Арка кругового очертания
Арка пониженного очертания
Полицентрическое очертание
Длина дуги, м
Площадь сечения, м2
12,50
8,74
9,14
13,23
12,44
13,17
16,07
14,69
Из данных таблицы видно, что наименьшую длину дуги имеет арка
кругового очертания, наименьшую площадь сечения – круглая труба.
Наиболее оптимальным сечением, в результате применения которого можно добиться экономии, является арка кругового сечения. Длина дуги влияет на количество гофрированных листов, необходимых для
сборки необходимого сечения, отсюда следует, чем меньше длина дуги, тем меньше материала требуется на изготовление конструкции.
Таким образом, можно добиться значительной экономии при возведении подземного пешеходного перехода.
Список литературы
1. Моисеева О.В., Клевеко В.И. Учет безопасности движения пешеходов и стоимости строительства при выборе рационального типа пешеходного перехода // Мир науки и инноваций. – 2015. – Т. 8, № 2 (2). –
С. 90–93.
2. Moiseeva O.V., Kleveko V.I. Choice of rational type of crosswalk
with regard to the safety for pedestrians and the cost of construction //
SWorldJournal. – 2015. – Vol. J21504. – No. 2 (9). – С. 3–5.
3.Третьякова П.А., Клевеко В.И. Современные методы повышения эффективности транспортных систем городов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2012. – № 1. – С. 101–108.
4. Новодзинский А.Л., Клевеко В.И. Учет влияния толщины гофрированного элемента на прочность и устойчивость металлической водопропускной трубы // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2012. – № 1. – С. 81–94.
5. Официальный сайт компании Гофросталь [Электронный ресурс]. – URL: http: //www.gofrostal.ru.
292
6. Половникова А.Э., Клевеко В.И. Выбор рационального типа пешеходных переходов с учетом безопасности движения пешеходов //
Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. –
2012. – Т. 2. – С. 356–361.
Об авторах
Моисеева Олеся Васильевна (Пермь, Россия) – студентка, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
(614010, г. Пермь, ул. Куйбышева, 109; e-mail: lesja.moiseeva@ mail.ru).
Клевеко Владимир Иванович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительное производство и геотехника»,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614010, г. Пермь, ул. Куйбышева, 109; e-mail: vlivkl@ pochta.ru).
293
УДК 624.136; 137
ОБ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ЗЕМПОЛОТНА
В ЗОНЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ПОДТОПЛЕНИЯ
Л.М. Тимофеева, А.Д. Тимофеев
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Рассмотрены случаи разрушения земполотна автомобильных дорог
в результате подтопления на участках примыкания к водоотводным сооружениям и на подходных участках к береговым опорам мостов в периоды весеннего и осеннего половодья. Проведенный анализ возникновения
аварийных ситуаций показал, что при проектировании транспортных сооружений в условиях возможного подтопления не учитываются природные и техногенные факторы, которые могут повлиять на устойчивость
откосов и сооружения в целом. Материалы работы внедрены при проектировании ремонта водопропускной трубы на Севере Свердловской
области.
Ключевые слова: земполотно, подтопление, устойчивость откосов,
аварийные ситуации.
В настоящей работе рассмотрены результаты анализа оползневых
смещений откоса и тела земполотна, исследован характер разрушения
расположенной в зоне оползня железобетонной трубы на основе данных инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий и материалов по конструктивным проектным и технологическим решениям
участка автомобильной дороге, пересекающей р. Объездная Гора –
приток реки Тавды на Севере Свердловской области.
Участок дороги, на котором произошёл оползень, был возведен
в 2011–2013 гг. Тогда же была построена железобетонная труба с отверстием 3,0×2,5 м для пропуска р. Объездная Гора. При этом были изменены проектное заложение откосов земполотна с целью обеспечения их
устойчивости, а также проектное положение и длина трубы. В настоящее время по данным изысканий заложение верхового откоса со стороны входного оголовка составляет 1:2 (соответствующий угол естественного откоса α = 26°), заложение низового откоса на неразрушенной
части земполотна 1:2,5 при высоте насыпи до 10,0 м (α = 22°).
294
Для выяснения причин образования оползня была выполнена топографическая съёмка оползневого участка и проведены инженерногеологические изыскания.
По данным изысканий было установлено, что тело земполотна возведено из двух видов грунтов: нижняя часть мощностью 6,8 м – из тугопластичного суглинка с прослойками пылеватого влажного песка,
верхний слой мощностью 2,2 м – из пылеватого маловлажного песка
средней плотности.
В основании земполотна и в пределах оползневого участка залегает полутвёрдая глина. Однако с верховой стороны и на подходном участке к оползню с низовой стороны под почвенно-растительным слоем
на глубину до 4,0 м залегают текучепластичные и мягкопластичные
суглинки, представляющие собой слабые, сильносжимаемые грунты.
Расчёты методами предельного равновесия и профессора Н.Н. Маслова
несущей способности основания и устойчивости откосов на этих участках земполотна показали, что устойчивость его не обеспечена, и возможны осадки и оползневые смещения откосов при дальнейшей эксплуатации дороги. Грунтовые воды были обнаружены в уровне кровли
подстилающего суглинка (на отметке 60,2 м).
Оползневые смещения произошли на участке, примыкающем
к железобетонной трубе. Форма оползня, его размеры, направление
смещений грунта и их террасированный характер вдоль откоса позволяют сделать вывод о том, что наиболее вероятной причиной его образования является подтопление откоса поверхностными водами, вытекающими из выходного оголовка трубы и растекающимися вдоль нижней бровки откоса. Кроме того, с правой стороны оголовка имеются
грунтовые завалы, препятствующие свободному течению реки вдоль
лога и создающие подпор воды. Эти завалы, возможно, образовались
при ремонте высоковольтной линии (в 2014 г.), когда была вырублена
часть деревьев и заужено русло реки.
Предположительно, в период половодья 2014 г. подъём уровня воды в р. Тавде мог вызвать повышение уровня в р. Объездная Гора и
создать подпор у выходного оголовка трубы вместе с примыкающими
к нему участками откосов земполотна. Вызванные этим подтоплением
смещения покровного слоя пылеватого песка (прочностные параметры
которого при замачивании значительно снижаются, так что он превращается в плывун) повлекли за собой верховую часть откоса вместе
с дорожной одеждой.
295
Оползневые смещения нижней бровки откоса затронули часть тела
земполотна, примыкающую к левой стороне выходного оголовка трубы, над трубой и за трубой, и привели к разрушению открылков, перемещению крайних звеньев трубы и появлению разрывов между звеньями в стыках. В зоны разрыва произошла суффозия грунта, внутри трубы образовался завал, перекрывший сечение трубы и преградивший
путь воде. Оставшееся отверстие по высоте при обследовании трубы
составлял всего 0,8 м вместо 2,5 м. Над трубой образовались две суффозионные воронки.
Изучение литологического состава грунтов, слагающих тело оползня,
показало, что произошло смещение пылеватого песка по кровле подстилающего суглинка насыпи, т.е. образовался оползень скольжения. При этом
выяснилось, что поверхность скольжения не была переувлажнена, а грунты
(пылеватый песок и суглинок) находились в уплотнённом состоянии.
Сопоставление проектного и фактического конструктивных решений трубы показало, что конструкция трубы соответствует типовому
решению для инженерно-геологических и гидрологических условий.
Однако при этом в материалах изысканий отсутствовала информация
о возможности (невозможности) подтопления дороги со стороны р. Тавды,
значимой судя по конструкции деревянного моста ниже по течению
р. Объездная гора, как минимум, при особо полноводных паводках.
Следует отметить, что в любых водоёмах на дне всегда имеются
отложения из слабых водонасыщенных глинистых или песчаных грунтов (кроме крупнообломочных и скальных пород). Однако наличие слабых прослоек не было обнаружено при инженерно-геологических изысканиях, но были вскрыты в основании земполотна при бурении скважин в процессе обследования оползня.
При горизонтальном положении трубы и малых расходах воды дополнительные мероприятия, повышающие сопротивление сдвиговым
деформациям основания и боковым перемещениям звеньев трубы, не
требуются. Однако при проектировании трубы в русле реки, как правило, предусматривают укрепление русла перед и за трубой и устройство
струенаправляющих конструкций.
К факторам, способствовавшим проявлению оползневых явлений,
следует отнести изменение положения трубы, которое было выполнено
без разработки водоотводящего канала. Расположение выходного оголовка в непосредственной близости от склона оврага препятствовало
свободному стоку. Вследствие этого часть потока пошла вдоль подош296
вы насыпи и стала подмывать откос. Ситуацию усугубило наличие
грунтовых вывалов вблизи трубы с правой стороны.
В настоящее время вдоль нижних бровок откосов земполотна началось заболачивание, образовались полыньи, и идёт дальнейшее подтопление. Подтопление низового откоса подтверждается и тем, что
к выходному оголовку водою были прибиты корчи, сузивших сечение
трубы. Вторым существенным фактором, повлиявшим на устойчивость
откоса, является возведение верхней его части из пылеватых песков.
Пылеватые пески относятся к плывунным грунтам, они плохо уплотняются и легко теряют прочность при увлажнении и динамических нагрузках. Даже поверхностное увлажнение без соответствующего крепления откосов может привести к поверхностной суффозии и появлению
локальных подвижек. Такие промоины и подвижки на поверхности откосов были обнаружены при обследовании. Даже при отсутствии подтопления можно ожидать дальнейших разрушений земполотна.
На основании данных изысканий было проведено расчетное моделирование взаимодействия конструкции трубы и земляного полотна.
При расчётах звенья трубы рассматривались в качестве подпорной
стенки. Сдвиговые усилия, представляющие собой активное давление
грунта, действовали на боковые стенки звеньев трубы, находящихся
в зоне развития оползня. Сопротивление сдвигу определялось в виде
трения блока по подошве бетонной стяжки, на которую опирались
промежуточные звенья. Поскольку первоначальное положение выходного оголовка неизвестно, в расчёте принималось, что удерживающая
сила была достаточной, чтобы это положение осталось неизменным.
По данным съёмки были учтены смещения нескольких промежуточных
звеньев, примыкающих к выходному оголовку трубы. Расчёт давления
проводился для одного звена, сопротивление стыков с соседними
звеньями в запас устойчивости не учитывалось. Угол трения бетонной
подготовки по грунту основания принят равным углу внутреннего трения бетона по глинистому основанию, т.е. φо = 22° (tg22° = 0,4040). Вес
звена (принят по ТП равным 10,0 тс с коэффициентом надежности по
нагрузке γg = 0,9) – Qзв = 9,0 тс. Сопротивление сдвигу – Т = 3,64 тс/м
(при длине звена 1,0 м).
Величина активного бокового давления со стороны оползня при
высоте засыпки (по данным топосъёмки) Н = 10,0 м и средней толщине
слоя сползшего пылеватого песка 2,0 м, определённая по формуле Тэйлора, составляет Еа = 23,48 тс. С учетом пассивного давления грунта за
297
трубой, равного Е = 12,6 тс, определённого для высоты засыпки 4,0 м
суммарное сдвиговое усилие составляет Еа – Т – Ер = 7,24 тс. Это означает, что оползневое давление вызвало горизонтальное боковое смещение звеньев трубы, в результате которого разошлись стыки и произошла суффозия грунта внутрь трубы, засыпавшего её поперечное сечение.
На основе проведенного анализа можно сделать следующие выводы:
1. Наиболее вероятной причиной образования оползневых явлений
является подтопление нижней бровки низового откоса, связанное с отсутствием регуляционных сооружений, которые должны были зарегулировать сток речной воды у входного и выходного оголовков и предотвратить размыв откосов. При этом необходимо было в гидрологических расчётах учесть возможный подпор воды в результате разлива
р.Тавды в период половодья.
2. Обычно при возведении насыпей из разных по литологическому
составу грунтов в местах их контакта выполняется террасирование для
исключения сдвиговых смещений. В результате обследования было установлено, что поверхность скольжения проходит по контакту песка
с суглинком. Вследствие подтопления пылеватого песка, формирующего откос, произошло его водонасыщение, которое привело к разжижению грунта, его растеканию и смещению вниз к подошве земполотна.
Это повлекло за собой смещение всего покровного слоя, которое происходило участками вдоль откоса и привело к образованию террас (последующие наблюдения показали, что в настоящее время на верховом
склоне в настоящее время также формируются площадки сдвига). Существующие углы заложения откосов земполотна превосходят углы
естественного откоса пылеватого песка в замоченном состоянии (по
расчёту коэффициенты устойчивости основания на сдвиг и расползание
меньше единицы (Ку = 0,7–0,8)).
Список литературы
1. СП 116.13330.2012 (актуализированная редакция СНиП 23-01-99).
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. – М.: Минрегион России, 2012.
2. Маслов Н.Н. Механика грунтов в практике строительства (оползни и борьба с ними). – М.: Стройиздат, 1977. – 320 с.
3. Хуан Я.Х. Устойчивость земляных откосов. – М.: Стройиздат,
1988. – 240 с.
298
4. Лехов М.В. Гидромеханические расчёты оползневых склонов. –
М.: Инженерная геология 1989. – С. 46–58.
5. Гинзбург Л.К. Рекомендации по выбору методов расчёта коэффициента устойчивости и оползневого давления. – М.: ЦБНТИ Минмонтажспецстроя СССР, 1986.
Об авторах
Тимофеева Людмила Михайловна (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобильные дороги и мосты»,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (e-mail: adfsad@pstu.ru).
Тимофеев Артур Дмитриевич (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Автомобильные дороги и мосты», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (e-mail: adfsad@pstu.ru).
299
УДК 624.07
ОПТИМИЗАЦИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ДВУТАВРОВОЙ
БАЛКИ ПО МАКСИМАЛЬНОМУ ПРОГИБУ
В.А. Ходяков
Белорусский национальный технический университет,
Минск, Республика Беларусь
Описывается возможность оптимизации двутавровой балки по второй группе предельных состояний. В частности, рассматривается модель
оптимизации высоты двутавра по длине балки. Цель компьютерного эксперимента – уменьшить максимальный прогиб балки при сохранении тех
же материалозатрат на производство. Описаны предполагаемые результаты эксперимента.
Ключевые слова: балка, прогиб, оптимизация, двутавр, SOFiSTiK,
Grasshopper, Rhinoceros, Karamba.
Проведён эксперимент по оптимизации двутавровой балки переменного сечения с целью минимизации её массы. Граничными условиями были предельные напряжения в сечениях и местная устойчивость полок и стенки балки. По результатам оптимизации (рисунок)
для балки пролётом 20 м удалось достичь экономии материала до 36 %
в сравнении с сортовым двутавром. Однако при полной оптимизации
прогиб балки имел недопустимо высокие значения. Ввиду этого была
поставлена новая задача по исследованию эффективного распределения материала по длине мостовой балки с учётом её прогиба.
Рис. Общий вид оптимизированной
полигональной двутавровой балки
В сущности, планируется провести три эксперимента. В качестве
эталонной балки примем двутавровую балку 100Б1 с пролётом 20 м,
300
загруженную условной нагрузкой 10 кН/м. Для оптимизируемых мостовых балок пролёт и нагрузка будут неизменными.
В первом случае проведём оптимизацию таким образом, чтобы сохранить массу балки, равную эталонной, изменяя её высоту по длине
с целью минимизации максимального прогиба. При этом оптимизируемым параметром будет высота балки. Граничными условиями станут максимальные напряжения и сохранение общей массы балки. Целевой функцией оптимизации станет минимизация прогиба.
Во втором эксперименте мы поменяем одно из граничных условий
и целевую функцию местами. Оптимизация будет проводиться с сохранением величины максимального прогиба и минимизацией массы
балки. Оптимизируемыми параметрами будет высота балки. Граничными условиями станут максимальные напряжения и сохранение максимального прогиба балки. Целевой функцией оптимизации станет минимизация массы балки.
Первые два случая оптимизации будут сравниваться с эталонной
балкой, принятой в начале. Ожидается существенное уменьшение прогиба до 10–20 % в первом случае оптимизации и существенное уменьшение массы балки до 15–30 % во втором случае.
В третьем эксперименте мы, не привязываясь к эталонной балке,
будем проводить оптимизацию с целью минимизации массы балки при
сохранении максимального прогиба для данной длины пролёта в соответствии с действующими нормативными документами. Оптимизируемыми параметрами останутся высоты сечений балки. Граничными условиями станут максимальные напряжения и предельный прогиб. Целевой
функцией оптимизации станет минимизация массы балки.
Оптимизация будет проводиться с использованием генетического
алгоритма, а также алгоритма отжига. Расчёт конструкции балки будет
проводиться с использованием конечно-элементных моделей. Будут использоваться программные пакеты SOFiSTiK, Grasshopper, Rhinoceros
и Karamba.
В результате трёх экспериментов мы сможем численно установить
эффективность полученных результатов, а также смоделировать балку,
которая будет иметь максимально допустимый прогиб для принятых
условий с минимальной массой.
Результаты исследования позволят минимизировать материалозатраты на производство мостовой балки с сохранением её необходимых
механических свойств.
301
Список литературы
1. Черняев А.А. Расчет и оптимизация плоских элементов конструкций геометрическими методами строительной механики // Проблемы оптимального проектирования сооружений: материалы 3-й Всерос.
конф. – Новосибирск: Изд-во Новосиб. гос. архит.-строит. ун-т, 2014. –
С. 432–436.
2. Серпик И.Н., Алексейцев А.В. Оптимизация металлических конструкций путем эволюционного моделирования. – М.: АСВ, 2012. – 239 c.
3. Grasshopper, algorithmic modeling for rhino // Официальный сайт
плагина Grasshopper. – URL: http: //www.grasshopper3d.com/
4. Karamba. parametric engineering // Официальный сайт плагина
Karamba. – URL: http: //www.karamba3d.com/
5. SOFiSTiK // Официальный сайт расчётного комплекса. – URL:
http: //www.sofistik.com/en/
6. Пастушков Г.П., Пастушков В.Г. О переходе на европейские нормы проектирования мостовых конструкций в Республике Беларусь //
Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. – 2011. – № 2. –
С. 113–121.
7. Пастушков Г.П., Пастушков В.Г. Основные требования к проектированию мостовых конструкций в соответствии с европейскими
нормами // Модернизация и научные исследования в транспортном
комплексе. – 2013. – Т. 3. – С. 368–375.
8. Петров М.П. Переход на BIM-технологии в проектировании на
примере Autodesk Revit // Модернизация и научные исследования
в транспортном комплексе. – 2015. – Т. 1. – С. 447–449.
Об авторах
Ходяков Вячеслав Андреевич (Минск, Республика Беларусь) –
магистрант, преподаватель-стажер, Белорусский национальный технический университет (220114, г. Минск, пр. Независимости, 150, учеб.
корп. 15, каб. 1105; e-mail: x@monogroup.by).
302
УДК 625.724
ВЛИЯНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ НА КОЭФФИЦИЕНТ
СЦЕПЛЕНИЯ И ОБРАЗОВАНИЕ КОЛЕЙНОСТИ
ПОКРЫТИЯ
И.А. Чёлушкин
Министерство транспорта и автомобильных дорог
Самарской области, Самара, Россия
Проблеме образования колеи на верхнем слое покрытия автомобильных дорог в последнее время уделяется особое внимание. Колейность в покрытии снижает безопасность при многополосном движении, требуя от
водителя недюжинного мастерства вождения для перестроения из ряда
в ряд. Проблема образования колеи выпора от движения тяжелых грузовиков, рассматривается в связи со способностью накопления остаточной
деформации материала покрытия, вместе с тем причине образования полос колеи на участках интенсивного разгона, связанной с воздействием на
покрытие сил от колес легкового автомобиля, уделяется мало внимания.
Ключевые слова: колейность, разгон автомобиля, движение колеса,
покрытие, расчет дорожной одежды, коэффициент сцепления.
На участках дорог с малощебенистыми и высокощебенистыми
а/б слоями покрытия происходит образование колеи абразивной. Это
происходит в скоростных рядах движения многополосных дорог,
а также на участках векторно разнонаправленного приложения действия нагрузки от колес автомобиля (перекрестки, спуски, подъемы).
Автомобильные дороги – это комплекс инженерных сооружений,
позволяющих передвигаться на автомобиле между заданными точками
с должной скоростью, удобством и комфортом. Колея возникает от приложенной нагрузки от колеса автомобиля, передвигающегося по покрытию. Точный термин, определяющий данный дефект – колейность, –
означает плавное искажение поперечного профиля автомобильной дороги, локализованное вдоль полосы наката (ГОСТ 32825-2014. Межгосударственный стандарт. Дороги автомобильные общего пользования.
Дорожные покрытия. Методы измерения геометрических размеров повреждений). С дефектом колеи (пластической деформацией верхнего
303
слоя покрытия) связана малая сдвигоустойчивость при высоких положительных температурах окружающего воздуха. Причиной образования
абразивной колейности на локальных участках являются особенности
взаимодействия колеса автомобиля и покрытия. В любом случае образование колейности на автомобильных дорогах невозможно предотвратить, так оно непосредственно связано с прямым назначением самого
сооружения. Но необходимо разобраться в первопричинах образования
колейности исходя из формирования сил в пятне контакта ведомого
и ведущего колес автомобиля.
Легковой автомобиль опирается на поверхность земли четырьмя
колесами, четырьмя точками. Рассмотрим наиболее массовый вариант
автомобиля переднеприводной компоновки отечественного производства марки «Лада». Для данного автомобиля имеются графики тягового
усилия на ведущих колесах в зависимости от включенной передачи
и скорости движения. Разгон как необходимое время для достижения
определенной скорости, сила сопротивления качению, а также лобовое
аэродинамическое сопротивление кузова учитываться не будут, так как
приложенное тяговое усилие на колесах в момент времени будет рассматриваться без определения частоты вращения колеса, в векторном
направлении «нетто».
В работе [2] представлено вычисление значения тягового усилия
на передней оси автомобиля «Лада». Тяговое усилие Pк определяется
по формуле
Pк = ( M e ⋅ U тр ⋅ η тр ) / Re ,
(1)
где M e – крутящий момент внешней скоростной характеристики двигателя в зависимости от оборотов, Н/м; U тр – передаточное отношение
выбранной КПП и главной пары; η тр – КПД трансмиссии; Re – радиус
колеса, м.
Согласно внешней скоростной характеристике двигателя, представленной заводом-изготовителем, имеется характеристика, именуемая
коэффициентом использования оборотов двигателя, обозначаемым λ.
Согласно внешней скоростной характеристике крутящий момент, близкий к максимальному значению, достигается при λ = 0,3 N, где N – обороты двигателя, что, в свою очередь, соответствует 1700 об/мин. Это
усредненная частота вращения коленчатого вала при использовании
автомобиля в штатном режиме эксплуатации при начале разгона, пара304
метры тягового усилия на колесах которого определяются в зависимости от скорости движения в режиме разгона на определенной используемой передаче КПП.
При разгоне автомобиля действующая сила тяги создает реактивный вертикальный момент инерции, передаваемый на кузов автомобиля, из-за чего при разгоне передняя часть автомобиля приподнимается.
Для нахождения момента силы реакции, действующей на переднюю
ось, и последующего его положительного или отрицательного значения
необходимо применить формулу, по которой рассчитывается сила, действующая на кузов при разгоне:
М куз = Fт ( hц.т − h f ) ,
(2)
где Мкуз – момент силы, действующей на кузов в вертикальной плоскости проекции колеса, Н/м; Fт – сила тяги на колесе, Н; hц.т – высота
центра тяжести автомобиля, м; hf – плечо действия силы относительно
покрытия (динамический радиус качения) [1].
Высота приложения момента силы инерции рассчитывается без
учета потерь на поперечные силы каркаса кузова, а также жесткость
пружин автомобиля, что, в свою очередь, опирается в большинстве
случаев на комфортность передвижения в автомобиле.
Данная величина Мкуз определяется как вертикальная составляющая с точкой приложения усилия в оси передней ступицы. Для определения значения возникающей реактивной силы от крутящего момента
инерции необходимо за точку опоры принять заднюю ось автомобиля,
а за плечо действия момента – базу автомобиля.
Величина реакции опоры Z определяется по формуле
Z = ( Pк ⋅ hц.т ) / L,
(3)
где Pк – тяговое усилие на колесе, Н; hц.т – высота центра тяжести автомобиля, м; L – колесная база автомобиля, м [2].
Знак реакции опоры будет положительным при совпадении вектора направления действия реакции колебания кузова относительно вертикальной системы отсчета колеса автомобиля (дозагрузка при торможении) – и отрицательный при разгрузке. Данным описанием определяются «клевки» автомобиля при приложении тяги к колесам. Этот
эффект является частью кинематики движения автомобиля и колебаний
305
кузова и играет важную роль в определении динамического сцепного
веса передней оси автомобиля.
Определение индивидуальных особенностей разгона и вождения каждого водителя – трудоемкий процесс. Поэтому использование данных
внешней скоростной характеристики двигателя – это оптимальное решение для определения динамики и кинематики движения автомобиля.
Особенностью взаимодействия колеса с покрытием дорожной
одежды является коэффициент продольного сцепления. Он определяется исходя из параметров сцепного свеса, приходящегося на колесо,
к силе тяги на этом колесе. Но сцепной свес изменяется под действием
реактивных моментов инерции в зависимости от динамики и кинематики движения автомобиля, соответственно, и сила тяги на колесе
и сцепной свес изменяются в реальном времени, поэтому необходимо
учитывать данные особенности при проектировании и строительстве
автомобильных дорог.
Список литературы
1. «Проавто» carline.ru. Раздел «Подвеска автомобиля», § 7. Продольные и поперечные угловые колебания на волнистой дороге [Электронный ресурс]. – URL: http: //carlines.ru/modules/Articles/article.php?
storyid = 254.
2. Чёлушкин И.А. Влияние сил от колес автомобиля при движении по
криволинейным участкам дорог на образование колеи в асфальтобетонном покрытии. Ч. 1. Поперечные силы [Электронный ресурс] // Науковедение: интернет-журн. Т. 7, № 6 (2015). – URL: http: //naukovedenie.ru/
PDF/10KO615.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI:
10.15862/10KO615
Об авторе
Чёлушкин Илья Александрович (Самара, Россия) – заместитель
главного инженера, Министерство транспорта и автомобильных дорог
Самарской области (г. Самара, ул. Скляренко, 20; e-mail: chelilja@
gmail.com).
306
УДК 691.168-037.51
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ В ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
И.И. Шомин, И.Н. Кручинин
Уральский государственный лесотехнический университет,
Екатеринбург, Россия
Рассматривается вибрационная модель для прогнозирования оценки
качества дорожной одежды. Приведены данные по оценке вибронагруженности покрытия автомобильной дороги.
Ключевые слова: вибрация, колебания, дорожная одежда, автомобильная дорога, собственная частота колебаний.
Для обеспечения качества функционирования автомобильной дороги необходима своевременная диагностика дорожной конструкции.
Современные методы и средства диагностики позволят фиксировать их
отклонения от нормативно-технических требований, при этом базой
для любой методики оценки качества является набор показателей состояния объекта исследования. Показатели качества известны [1].
К ним относятся физические параметры: плотность, влажность, деформации, прочность и т.д.
Для оценки технического состояния дорожных конструкций, предлагается воспользоваться методом вибродиагностики, позволяющим
оценить не только всю конструкцию дорожной одежды целиком, но
и физические характеристики ее отдельных слоев [2].
Целью работы является оценка качества конструктивных слоев дорожных одежд с использованием методов вибродиагностики на основе
исследования колебаний поверхности покрытия, генерируемых проезжающим транспортом.
Для достижения поставленной цели необходимо разработать динамическую модель и исследовать вибрационные процессы на основе
этой модели. Разработка вибрационной модели базируется на общей
теории колебаний механических систем [3].
307
Расчетная схема представляет собой идеализированную модель
дорожной конструкций с инерционными упругодиссипативными элементами, имитирующими динамику слоев дорожных одежд. Схема
учитывает принцип зависимых колебаний слоев дорожной одежды
в составе единой дорожной конструкции.
Динамические процессы в дорожной конструкции рассматривались
только в поперечных сечениях и с учетом энергетического плоскостного
баланса, только в вертикальной плоскости.
Расчетные схемы, соответствующие реальным конструкциям дорожных одежд, должны иметь столько степеней свободы, сколько слоев
в конструкции. Рассмотрим наиболее распространенную четырехмассовую динамическую модель дорожной одежды. Рабочий слой земляного
полотна принимается как опорный элемент для дорожной одежды [4].
В соответствии с расчетными схемами с помощью уравнения Лагранжа II рода получены дифференциальные уравнения, описывающие
колебания слоев дорожных одежд.
m1 z1 + b12 ( z1 − z2 ) + c12 ( z1 − z2 ) = F ( t ) cos ( ωt ) ,
m2 z2 + b12 ( z2′ − z1 ) + c12 ( z2 − z1 ) + b23 ( z2 − z3 ) + c23 ( z2 − z3 ) = 0,
(1)
m3 z3 + b23 ( z3 − z2 ) + c23 ( z3 − z2 ) + b34 ( z3 − z4 ) + c34 ( z3 − z4 ) = 0,
m4 z4 + b34 ( z4 − z3 ) + c34 ( z4 − z3 ) + b4 z4 + c4 z4 = 0,
где m1; m2; m3; m4 – массы конструктивных слоев; c12; c23; c34; c4; b12; b23;
b34; b4 – приведённые коэффициенты жесткости и неупругих сопротивлений между массами слоев дорожной одежды; zi – перемещение центра масс конструктивных слоев; Ft(t) – гармоническая функция воздействия колеса автомобиля на дорожное покрытие.
Материалам слоев были присвоены цифровые и буквенные обозначения: 1 – щебеночно-мастичный асфальтобетон, 2, 3 – асфальтобетон горячий пористый из крупнозернистой смеси марки I, 4 – щебеночно-песчаная смесь, обработанная цементом.
Решение уравнений (1) выглядит так:
308
z1 = z11 cos ωt + z12 sin ωt ;
z2 = z21 cos ωt + z22 sin ωt ;
z3 = z31 cos ωt + z32 sin ωt ;
z4 = z41 cos ωt + z42 sin ωt.
(2)
Первоначальное возбуждение колебаний или движение масс слоев
дорожной одежды может происходить за счет кратковременной деформации покрытия под действием движущейся колесной нагрузки транспортных средств [5].
Частоты ω1 , ω2 , ω3 , ω 4 будут являться собственными частотами соответствующих слоев, если представлять эти слои в виде одностепенных
моделей или в случае отсутствия упругих связей между слоями.
Собственные частоты вертикальных колебаний дорожной одежды
определялись из однородной части уравнений (2) с помощью программы Mathcad 15.0.
Анализ показал, что верхний слой покрытия из щебеночно-асфальтного асфальтобетона, на который транспортные средства оказывают динамическое воздействие, может иметь основной резонанс на первой частоте дорожной одежды. Эта частота равна 15 Гц. Кроме основного резонанса, здесь наблюдается малый резонанс на частотах 33, 54 и 68 Гц
соответственно. Причем эти частоты соответствуют собственным частотам конструктивных слоев.
Выводы
1. Разработана четырехмассовая модель колебаний дорожной одежды автомобильной дороги, позволяющая учитывать ее вибрационные
характеристики. Решения доведены до инженерных расчетов.
2. Изменение собственных частот колебаний дорожной одежды
в процессе эксплуатации позволит прогнозировать ее техническое состояние во времени.
Список литературы
1. Леонович И.И., Богданович С.В. Диагностика автомобильных дорог: учеб.-метод. пособие для студентов специальности 1-700301 «Автомобильные дороги». – Минск, 2012. – 226 с.
2. Осиновская В.А. Разработка теории вибрационного разрушения
нежестких дорожных одежд и путей их долговечности: автореф. дис. …
д-ра техн. наук. – М., 2011. – 44 с.
3. Вибрация в технике: справочник: в 6 т. Т. 3. Колебания машин,
конструкций и их элементов / под ред. Ф.М. Диментберга, К.С. Колесникова. – М.: Машиностроение, 1980. – 544 с.
309
4. Кручинин И.Н., Ращектаев В.А. Моделирование процесса уплотнения оснований дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог из слабых материалов // Изв. Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук. – Сыктывкар, 2014. – Вып. 2 (18). –
С. 80–82.
5. Кручинин И.Н., Баженов Е.Е., Буйначев С.К. Теория сочленённых транспортных и технологических систем: моногр. – Екатеринбург:
Изд-во Урал. федер. ун-та, 2010. – 256 с.
Об авторах
Шомин Игорь Иванович (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Транспорт и дорожное строительство»,
Уральский государственный лесотехнический университет (620100,
г. Екатеринбург, Сибирский тракт ,37; e-mail: iischomin@yandex.ru).
Кручинин Игорь Николаевич (Екатеринбург, Россия) – кандидат
технических наук, доцент кафедры «Транспорт и дорожное строительство», Уральский государственный лесотехнический университет
(620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37; e-mail: kinaa.k@ya.ru).
310
УДК: 622.692.4.053-419.8: 534
УПОРЯДОЧЕННЫЙ ХАРАКТЕР ОЦЕНКИ
РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ
КАНАЛЕ (ТРУБОПРОВОДЕ)
А.М. Щелудяков
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Трубопроводный транспорт нашел широкое прменение при транспортировке жидкости и газа на значительные расстояния в различных условиях нашей страны. В настоящий момент большинство трубопроводов
выполнено из металлических материалов. Главной альтернативой металлическим трубопроводам являются трубопроводы из композиционных материалов (полимерно-армированные, стеклопластиковые, футерованные
полиэтиленом и др.).
Ключевые слова: трубопровод, характер распространения волн,
моды колебаний.
Развитие трубопроводного транспорта в последние годы связано
с широким применением неметаллических трубопроводов, поскольку
их преимущества в сравнении с металлическими трубопроводами очевидны: затраты на их обслуживание в процессе эксплуатации минимальны (не требуется коррозионной защиты, специальной химической
обработки и др.). Начиная с 80-х гг. ХХ в. протяженность неметаллических трубопроводов превышает 35 млн км. С развитием трубопроводного транспорта требуется решать задачи определения остаточной работоспособности. Существующая техническая диагностика связана
с оценкой работоспособности металлических трубопроводов. Идентичный способ оценки состояния неметаллических трубопроводов не реализован, поскольку их физико-механические свойства значительно отличаются. Использование существующих методик (применительно
к металлическим трубопроводам) невозможно. Поэтому необходимо
четкое понимание характера распространения волн в цилиндрическом
канале (трубопроводе) с целью формирования подхода по оценке остаточного ресурса неметаллических трубопроводов [1–4].
311
Проанализируем распространение волн в цилиндрическом канале
в линейном приближении.
Для` упрощения математических выкладок будем считать колебания
изоэнтропическими и потенциальными
S ′ ≡ 0, rot v’ = 0.
Тогда вектор скорости υ′ = −∇ψ, где ψ – потенциал скорости,
удовлетворяющий уравнению
2
∂ 2ψ
∂ 2ψ
2 ∂ ψ
c ψ − 2 − 2 υ0
− υ0 2 = 0;
∂t
∂x∂t
∂x
2
0
∇2 =
∂ψ
1 ∂  ∂  1 ∂2
.
r + 2 2 + υ
r ∂r  ∂r  r ∂ϕ
0 ∂x
∂ψ
p′ p0 p′ ∂ψ
=
γ
=
+ υ0
.
∂x
p0 p0 p0 ∂t
Моды колебаний цилиндрического канала представлены на рис. 1.
а
б
в
Рис. 1. Моды колебаний цилиндрического канала:
a – тангенциальная мода (m = l, n = 0, ν10 = 1,84);
б – вторая тангенциальная мода (m = 2, n = 0, ν10 = 3,054);
в – первая радиальная мода (m = 0, n = 1, ν10 = 3,833)
Если считать, что на входе в цилиндрический канал задана так называемая частотная характеристика (δp/δG)2 (или импеданс, или проводимость) для моды (т, п), то можно найти частотную характеристику
на входе в трубу θ1:
θ1 =
312
Amn + Bmn θ2
.
Cmn + Dmn θ2
Расчет этой характеристики можно сделать только численно. Вид
модуля этой частотной характеристики для 1-й тангенциальной моды
поперечных колебаний в случае граничного условия, отвечающего гипотезе квазистационарного течения в трубопроводе θ2 = 2 γ / ( γ − 1), где
γ – показатель адиабаты. Резонансные частоты f100 ,
f101 ,
f102 и т.д.
близки к собственным частотам трубы для этих форм колебаний и определяются выражением
2
f10 k
c
D 

= 0,585 0 1 +  0,855 k  , k = 0,1,2,…
D
L 

Здесь f (Гц); с0 (м/с); D = 2R (м); L (м), k – тон колебаний (число
узловых плоскостей по длине трубы).
Рис. 2. Резонансные частоты
Рассмотренный пример носит лишь методический характер, поскольку учет реальной конфигурации трубопровода может существенно повлиять на результат. Привлекая гипотезу квазистационарности,
априори делаем допущение, что энергия поперечных мод колебаний
выносится через трубопровод так же, как и энергия продольных колебаний, что недостаточно очевидно.
Список литературы
1. Щелудяков А.М., Сальников А.Ф. Применение полимерно-армированного материала в трубопроводном транспорте // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического универси313
тета. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. – 2012. – № 2. – С. 158–166.
2. Щелудяков А.М., Сальников А.Ф., Дутлов О.А. Волновая диагностика трубопроводов из полимерно-армированных труб // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: материалы
междунар. науч.-практ. конф. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та,
2014. – Т. 1. – С. 254–258.
3. Сальников А.Ф., Сальников С.А., Щелудяков А.М. Оценка
влияния динамических нагрузок на остаточную работоспособность полимерно-армированных труб // Газовая промышленность. – 2014. – № 1
(701). – С. 52–55.
4. Транспорт трубопроводный. Проблемы и подходы к оценке технического состояния функционирующих трубопроводов с помощью
волнового метода неразрушающего контроля / А.М. Щелудяков, А.Ф. Сальников, М.А. Щелудяков, С.А. Сальников // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Транспорт.
Транспортные сооружения. Экология. – 2014. – № 4. – С. 126–137.
Об авторе
Щелудяков Алексей Михайлович (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры «Автомобили и технологические машины», Пермский национальный исследовательский политехнический университет
(614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: sam@pstu.ru).
314
УДК 625.731
ОЦЕНКА УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
АСФАЛЬТОБЕТОНА НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНО-БИТУМНОГО
ВЯЖУЩЕГО ПБВЭ (МОДИФИКАТОР «ЭЛВАЛОЙ»)
ПРИ ИСПЫТАНИИ НА ЦИКЛИЧЕСКОЕ СЖАТИЕ
(ПО EN 12697-25)
Л.С. Щепетева, Д.А. Агапитов, К.Ю. Тюрюханов
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
В настоящее время сдвигоустойчивость асфальтобетона при высоких температурах оценивают стандартными показателями по ГОСТ
9128-2009 – пределом прочности при сжатии при 50 °С и показателями
сдвигоустойчивости: по коэффициенту внутреннего трения и сцеплению
при сдвиге при температуре 50 °С. Очевидно, что характеристики прочности не отражают деформационных свойств материала в реальных условиях работы асфальтобетона в покрытиях автомобильных дорог при
многократном циклическом приложении нагрузки. За рубежом для оценки
напряженно-деформированного состояния применяют методы испытания асфальтобетона путем многократного (циклического) нагружения.
Ключевые слова: асфальтобетон, сдвигоустойчивость, циклическое
нагружение, модуль ползучести.
Известно, что применение модифицированных битумов в составе
асфальтобетона значительно повышает прочностные характеристики
материала при высоких температурах: предел прочности при сжатии
при 50 °С, а также показатели сдвигоустойчивости по коэффициенту
внутреннего трения и по сцеплению при сдвиге при температуре 50 °С
[1–3]. Однако, как отмечают многие исследователи, применение прочностных показателей, величина которых нормируется требованиями
ГОСТ 9128-2009, совершенно недопустимо для оценки деформационного поведения асфальтобетона при высоких температурах при многократном (циклическом) нагружении, как это происходит в реальных
условиях работы покрытий автомобильных дорог [4–6].
Асфальтобетон является упруговязкопластичным материалом:
в зависимости от состояния и условий деформирования в нем могут про315
являться или преимущественно упругие свойства, или вязкопластические
свойства. Наиболее полно указанные свойства асфальтобетона можно определить и учесть при решении практических задач методами реологии,
науки, рассматривающей образование и развитие деформаций во времени.
Определение структурно-механических свойств на основе анализа кривых
ползучести (реологических кривых) является в настоящее время одним из
наиболее объективных методов изучения этих свойств [4, 5].
Для испытаний образцов асфальтобетона применялась динамическая
испытательная установка, предназначенная для проведения испытаний на
жесткость и усталостную выносливость асфальтобетонных образцов с использованием переменного нагружения/снятия нагрузки в специальной
климатической камере (рис. 1).
Рис. 1. Климатическая камера динамической
испытательной установки
Для испытаний асфальтобетонных образцов, изготовленных с применением стандартного битума БНД 90/130 и полимерно-битумного вяжущего ПБВЭ 90/130 производства ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез», был
использован динамический метод испытаний на сжатие по EN 12697-25
(метод А).
Данный метод испытаний описывает определение сопротивления
деформации цилиндрического образца асфальтобетона при испытании
в климатической камере при температуре 50 °С. Образец подвергается
циклическому аксиальному прямоугольно-импульсному давлению с частотой 0,5 Гц и нагрузкой (100±2) кПа. При испытании измеряется изменение высоты образца при заданном числе циклов нагрузки. На основе этого кумулятивная аксиальная деформация образца определяется
как функция числа циклов нагрузки. Результаты представляются в виде
316
кривой ползучести (рис. 2). По результатам испытаний рассчитываются
характеристики ползучести образца.
Рис. 2. Кривая ползучести при испытании на циклическое
приложение нагрузки: εn – кумулятивная аксиальная нагрузка;
n – число циклов приложения нагрузки; 1 – стадия 1;
2 – стадия 2; 3 – стадия 3; 4 – точка поворота
В лаборатории кафедры «Автомобильные дороги и мосты» Пермского национального исследовательского политехнического университета выполнены сравнительные испытания для образцов асфальтобетона типа А, марки I на стандартном битуме БНД 90/130 и на полимернобитумном вяжущем ПБВЭ 90/130.
Результаты испытаний приведены в таблице. Сравнение результатов испытаний показывает, что абсолютная величина деформации при
10000 циклах нагружения образца для асфальтобетона на основе полимерно-битумного вяжущего ПБВЭ 90/130 в 1,78 раза меньше деформации для
асфальтобетона на основе стандартного битума БНД 90/130. Модуль ползучести, характеризующий жесткость смеси и ее устойчивость к действию
Результаты испытаний
Тип
асфальтобетона
Асфальтобетон
на основе битума
БНД 90/130
Асфальтобетон на
основе полимернобитумного вяжущего
ПБВЭ 90/130
Деформация, Кумулятивная оста- Модуль ползучести
мм, при 10000 точная деформация после приложения
3600 циклов
циклах
при 3600 циклах
нагружения
нагружения, %
нагрузки, МПа
0,447
6,362
15718,33
0,251
4,301
23250,41
317
циклической нагрузки, для асфальтобетона на основе ПБВЭ 90/130 на
7532,08 МПа выше, чем для асфальтобетона на основе стандартного
битума БНД 90/130. Асфальтобетон на основе ПБВЭ 90/130 имеет более высокую усталостную долговечность по сравнению с асфальтобетоном на основе БНД 90/130.
Список литературы
1. Применение модифицированных битумов производства ООО
«ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» в дорожном строительстве Пермского края / Л.С. Щепетева, А.В. Березин, И.В. Овчаров, Р.Г. Шпенст,
А.С. Дегтянников, А.Н. Нечаев // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2010. – № 6. – С. 54–57.
2. Галдина В.Д. Модифицированные битумы: учеб. пособие;
СибАДИ. – Омск, 2009. – 228 с.
3. Платонов А.П. Полимерные материалы в дорожном и аэродромном строительстве. – М.: Транспорт, 1994. – 157 с.
4. Бонченко Г.А. Асфальтобетон. Сдвигоустойчивость и технология
модифицирования полимером. – М.: Машиностроение, 1994. – 176 с.
5. Дорожный асфальтобетон / Л.Б. Гезенцвей, Н.В. Горелышев,
А.М. Богуславский, И.В. Королев / под ред. Л.Б. Гезенцвея. – 2-е изд.,
перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1985. – 350 с.
6. Кирюхин Г.Н. Проектирование состава асфальтобетона и методы его испытаний. – М., 2005 – 96 с. – (Автомоб.дороги и мосты: Обзорн. информ. / ФГУП «Информавтодор»; вып. 6).
Об авторах
Щепетева Людмила Станиславовна (Пермь, Россия) – кандидат
технических наук, доцент кафедры «Автомобильные дороги и мосты»,
почетный работник высшего профессионального образования, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
(614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 19а; e-mail: adfsad@pstu.ru).
Агапитов Денис Андреевич (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры «Автомобильные дороги и мосты», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990,
г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: adfsad@pstu.ru).
Тюрюханов Кирилл Юрьевич (Пермь, Россия) – инженер кафедры «Автомобильные дороги и мосты», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: adfsad@pstu.ru).
318
УДК 625.731
УСТОЙЧИВОСТЬ АСФАЛЬТОБЕТОНА
К КОЛЕЕОБРАЗОВАНИЮ
Л.С. Щепетева, Д.А. Агапитов, К.Ю. Тюрюханов
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Образование колеи на отдельных участках автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием зависит от множества факторов. В значительной степени устойчивость асфальтобетона к сдвиговым деформациям
связана с его прочностными характеристиками – считается, чем выше прочность асфальтобетона при высоких температурах, тем выше сдвигоустойчивость асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог. Прочностные
характеристики асфальтобетона при высоких температурах оценивают
разными способами, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Повышение сдвигоустойчивости асфальтобетона – одна из основных
задач проектирования составов асфальтобетонных смесей. Решение этой
задачи часто связано с применением модифицированных битумов.
Ключевые слова: асфальтобетон, сдвигоустойчивость, колея.
Одним из существенных недостатков применения асфальтобетона
для строительства покрытий автомобильных дорог является зависимость прочностных свойств этого материала от температуры [1]. При
высоких летних температурах воздуха асфальтобетонное покрытие
может нагреваться до 60–70 °С – в этом случае материал покрытия становится пластичным (битум размягчается). В слое асфальтобетона под
воздействием вертикальных и горизонтальных усилий от транспортных
средств возникают напряжения сдвига и, соответственно, сдвиговые
деформации в виде волн, колеи и др. Как известно, колея в зависимости
от прочности конструкции дорожной одежды в целом и от прочности
отдельных конструктивных слоев может быть двух видов: поверхностная колея и глубинная колея. При этом «верхний слой покрытия расположен в зоне максимальных температурных воздействий и воспринимает наибольшую нагрузку от колес транспорта. Поэтому он подвержен деформациям в наибольшей степени и чаще других является
причиной образования колеи» [2]. При проектировании дорожной одежды выполняется расчет грунта земляного полотна и конструктивных
319
слоев из слабосвязных материалов на сдвигающие напряжения в зависимости от числа приложений нагрузки за расчетный период [3]. Следовательно, если конструкция рассчитана на сдвиг достаточно надежно, то появление в дальнейшем в процессе эксплуатации сдвиговых
деформаций скорее связано с недостаточной прочностью асфальтобетона при высоких температурах. В «Инструкцию по проектированию
дорожных одежд нежесткого типа» (ВСН 46-83) был введен расчет
слоев из асфальтобетона по сопротивлению сдвигу. «Цель расчета –
проверка соответствия свойств выбранной асфальтобетонной смеси условию сдвигоустойчивости материала в конструкции» [4]. Однако уже
во вновь введенный документ по проектированию дорожных одежд
нежесткого типа ОДН 218.046-01 этот расчет не был включен. Как указывают авторы Н.М. Смуров и А.М. Стрижевский, применение этого
метода расчета для оценки сопротивления сдвигу покрытия на эксплуатируемой дороге связано с существенными погрешностями и необходим метод, позволяющий получать фактические параметры конкретного материала [5]. ГОСТ 9128-09 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон». Технические условия регламентируют требования к асфальтобетону
по сдвигоустойчивости – при подборе состава асфальтобетона определяют показатели сдвигоустойчивости по коэффициенту внутреннего
трения tgφ и по сцеплению при сдвиге С, МПа при температуре 50 °С.
Как указывает Л.Б. Гезенцвей, сопротивление асфальтобетона сдвигу
по теории Н.Н. Иванова может быть выражено известной зависимостью:
τ = Р tgφ + С + Σ, где Р – нормальное давление на площадке сдвига; φ –
угол внутреннего трения материала; С – зацепление минеральных зерен;
Σ – сцепление, обусловленное битумными связями [1]. Первые два слагаемых (Р tgφ + С) определяют сопротивление сдвигу, обусловленное
особенностями структуры минерального остова. При этом повышение
сдвигоустойчивости может быть достигнуто за счет увеличения количества щебня в составе асфальтобетона (например, щебеночномастичный асфальтобетон). Другой путь повышения сдвигоустойчивости – усиление структурообразующей роли дисперсной системы
«битум–минеральный порошок», играющей роль вяжущего материала. В этом случае эффективными являются асфальтобетонные смеси
с применением модифицированного битума, например полимерно-битумного вяжущего [6].
Существуют различные методы испытаний асфальтобетона, моделирующие напряженно-деформированное состояние покрытия при высоких температурах. Как указывает Г.Н. Кирюхин, среди зарубежных
320
методов испытаний асфальтобетона на сдвигоустойчивость преобладает
метод моделирования колееобразования посредством нагружения образцов плит из асфальтобетона колесной нагрузкой на приборе «Колесо»
[7]. В результате испытаний асфальтобетона прокатыванием нагруженного колеса получают глубину колеи при том или ином количестве циклов (10000, 30000, 50000). Следует отметить, что при испытании разных
видов асфальтобетона стандартными методами (по ГОСТ 9128 или по
ГОСТ 31015) и на установке для измерения глубины колееобразования
(«Колесо») по EN 12697-22 получаются результаты, прямо противоположно характеризующие сдвигоустойчивость асфальтобетона. Например, были определены характеристики сдвигоустойчивости асфальтобетона типа А (по ГОСТ 9128) и щебеночно-мастичного асфальтобетона
(по ГОСТ 31015) – результаты испытаний приведены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты испытаний асфальтобетона
Параметры
Сдигоустойчивость:
по коэффициенту внутреннего трения, не менее
по сцеплению при сдвиге
при температуре 50 °С,
не менее
Сдигоустойчивость:
по коэффициенту внутреннего трения, не менее
по сцеплению при сдвиге
при температуре 50 °С,
не менее
Асфальтобетон типа А
Требования ГОСТ 9128 Фактические показатели
0,87
0,91
0,25
0,38
Щебеночно-мастичный асфальтобетон ЩМА-15
Требования ГОСТ 31015 Фактические показатели
0,93
0,90
0,18
0,41
Из таблицы видно, что щебеночно-мастичный асфальтобетон
(проба была отобрана непосредственно на асфальтобетонном заводе)
не удовлетворяет требованиям ГОСТ 31015 по коэффициенту внутреннего трения. Однако щебеночно-мастичный асфальтобетон, характеризующийся повышенным содержанием щебня (по сравнению
с асфальтобетоном типа А), характеризуется и более высокой сдвигоустойчивостью, что и подтверждено испытанием на установке
«Колесо» (табл. 2).
321
Таблица 2
Результаты испытаний на установке «Колесо»
Количество циклов
нагружения
10000
30000
Глубина колеи, мм
Щебеночно-мастичный
Асфальтобетон типа А
асфальтобетон ЩМА-15
6,8
1,87
12,59
2,24
Г.Н. Кирюхин справедливо обращает внимание на то, что часто
асфальтобетоны, равнопрочные по лабораторному пределу прочности
при сдвиге, не равноценны по сопротивлению сдвигу в покрытии из-за
разного соотношения составляющих внутреннего трения и когезионного сцепления [7], что и подтверждают приведенные результаты.
Применение модифицированных вяжущих (например, полимернобитумное вяжущее ПБВЭ 90/130) приводит к значительному повышению когезионной составляющей и, соответственно, повышению сопротивления сдвигу (рисунок).
Рис. Зависимость глубины колеи от количества
циклов нагружения на установке «Колесо»
322
Список литературы
1. Дорожный асфальтобетон / Л.Б. Гезенцвей, Н.В. Горелышев,
А.М. Богуславский, И.В. Королев / под ред. Л.Б. Гезенцвея. – 2-е изд.,
перераб.и доп. – М.: Транспорт, 1985. – 350 с.
2. ОДМД. Рекомендации по выявлению и устранению колей на
нежестких дорожных одеждах. – М.: Росавтодор, 2002. – 179 с.
3. ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд. –
М., 2001. – 144 с.
4. ВСН 46-83. Инструкция по проектированию дорожных одежд
нежесткого типа. – М.: Транспорт, 1985. – 155 с.
5. Смуров Н.М., Стрижевский А.М. Определение прочностных характеристик органоминеральных слоев дорожных одежд методом одноповерхностного вращательного среза // Дорожные одежды и материалы: сб. науч. тр. / НПО РосДорНИИ. – 1990. – Вып. 3. – 164 с.
6. Галдина В.Д. Модифицированные битумы: учеб. пособие /
СибАДИ. – Омск, 2009. – 228 с.
7. Кирюхин Г.Н. Проектирование состава асфальтобетона и методы его испытаний. – М.: 2005. – 96 с. – (Автомоб. дороги и мосты:
Обзорн. информ. / ФГУП «Информавтодор»; вып. 6)
Об авторах
Щепетева Людмила Станиславовна (Пермь, Россия) – кандидат
технических наук, доцент кафедры «Автомобильные дороги и мосты»,
почетный работник высшего профессионального образования, Пермский
национальный исследовательский политехнический университет (614013,
г. Пермь, ул. Академика Королева, 19а; e-mail: adfsad@pstu.ru).
Агапитов Денис Андреевич (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры «Автомобильные дороги и мосты», почетный работник
высшего профессионального образования, Пермский национальный
исследовательский политехнический университет (614013, г. Пермь,
ул. Академика Королева, 19а; e-mail: adfsad@pstu.ru).
Тюрюханов Кирилл Юрьевич (Пермь, Россия) – инженер кафедры «Автомобильные дороги и мосты», почетный работник высшего
профессионального образования, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 19а; e-mail: adfsad@pstu.ru).
323
УДК 624.131.37
О НЕКОТОРЫХ ПОДХОДАХ К ЛАБОРАТОРНОМУ
ИССЛЕДОВАНИЮ ТЕПЛОФИЗИКИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
К.С. Ядовина, С.С. Лашова, В.И. Клевеко
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет, Россия
Рассмотрены некоторые методы изучения теплофизических свойств
мерзлых грунтов в лабораторных условиях. Приведено сравнение приборов
для оценки теплопроводности грунтов способом стационарного и нестационарного теплового воздействия, оценена их применимость, обозначены
основные проблемы их использования. Представлена конструкция калориметрической установки для определения теплоемкости мерзлого грунта.
Описана последовательность проведения испытаний.
Ключевые слова: мерзлый грунт, теплофизика грунтов, теплопроводность, теплоемкость, калориметрия, лабораторная установка.
Влияние мерзлотных процессов и явлений, связанных с ежегодным
промерзанием и оттаиванием грунтовых массивов на территориях со
сложными инженерно-геологическими условиями приводит к образованию трещин и разрушению дорожных конструкций и сооружений,
возникновению осадок и деформаций земляного полотна [1]. Таким образом, возникает необходимость оценки глубины промерзания грунта и
прогнозирования времени его оттаивания.
Решение данных задач требует знания теплофизических характеристик грунта, в том числе в мерзлом состоянии. К базовым теплофизическим свойствам относятся теплопроводность и теплоемкость, которые характеризуют соответственно способность грунта проводить
тепловой поток и поглощать или отдавать тепло.
Теплопроводность грунта в лабораторных условиях можно определить двумя основными методами: стационарным и нестационарным,
при помощи множества приборов, позволяющих без затруднений вычислить коэффициент теплопроводности.
Однако если определение теплопроводности талого грунта не вызывает тружностей, то с мерзлым грунтом возникают определенные
проблемы. В большинстве случаев они связаны с ограничением приме324
нимости приборов. Рассмотрим два прибора, основанных на разных
методах определения теплопроводности.
Измеритель теплопроводности ИТС-1 основан на методе стационарного теплового потока, проходящего через исследуемый образец [2]. К слову, использование стационарного метода имеет преимущество, так как предполагает измерение теплопроводности при температурах, близких к границе фазового перехода, а также позволяет
достаточно точно установить температуру, при которой снимаются показания. Существенный минус данного прибора – допустимость средней температуры образца не ниже плюс 12 °С. Следовательно, данный
прибор неприменим для мерзлых грунтов.
Прибор нестационарного теплового режима – МИТ-1, принцип
действия которого заключается в измерении изменения температуры
цилиндрического зонда, погруженного в образец, при его нагреве за
некоторое время. Имеет диапазон температур от минус 10 °С, что позволяет использовать указанный прибор применительно к мерзлым
грунтам. Сокращает время измерения, но обладает сравнительно меньшей точностью.
Основной проблемой является невозможность оценки теплопроводности мерзлого грунта для температур на границе фазовых переходов изза избыточного теплового воздействия прибора [3]. Кроме того, необходимо подстраивать начальную температуру мерзлого грунта таким образом, чтобы при нагреве его зондом, окончательное ее значение не попало
в область начала таяния. В среднем за время измерения прибор повышает температуру грунта на 5 °С. Температура измерения образца принимается как среднее арифметическое между начальной и конечной.
Подготовка образцов перед началом испытания осуществляется
замораживанием их в холодильной камере. Измерительный зонд должен иметь одинаковую температуру с испытываемым образцом, поэтому необходимо выдерживать щуп и образец совместно при постоянной отрицательной температуре. Поскольку сверление отверстий для
зонда в замороженном образце грунта может вызывать его нагрев,
предлагается вариант погружения измерительного щупа в образец до
замораживания и дальнейшее их совместное выдерживание в холодильном шкафу.
Проведение испытания длится в среднем 7 минут, за это время возникает вероятность дополнительного оттаивания образца снаружи, что
некорректно скажется на результатах. Поэтому для поддержания посто325
янной температуры образцы мерзлого грунта во время измерения помещают в термостат. Термостат представляет собой ящик из теплоизоляционного материала.
Определение удельной теплоемкости скелета мерзлого грунта
осуществляется методом калориметрии, который является базовым для
изучения тепловых процессов. В лабораторных условиях достаточно
использовать классический жидкостный калориметр. Принцип действия состоит в определении разницы температур калориметрической
жидкости во времени.
Конструкция калориметра представлена двумя сосудами (рис. 1),
один из которых размещен внутри другого и носит название калориметрической системы. Именно в нее погружается образец мерзлого грунта,
который поглощает теплоту окружающего его вещества, что и приводит
к изменению температуры. Оболочка калориметра изолируется от окружающей среды, чтобы исключить дополнительные погрешности измерений [4]. Температура оболочки поддерживается постоянной, а температура жидкости калориметрической системы вследствие теплообмена
с оболочкой изменяется в течение некоторого времени до установления
равновесия [5]. Перемешивание калориметрической жидкости помогает
ускорить достижение температурного равновесия.
Рис. 1. Схема калориметра: 1, 3 – наружная и внутренняя
стенки калориметрического сосуда; 2 – теплоизоляционный материал;
4 – жидкость в оболочке калориметра; 5 – подставка из изоляционного
материала; 6 – термометры сопротивления; 7 – калориметрическая
жидкость (вода); 8 – нагревательный элемент; 9 – бюкс с образцом;
10 – мешалка; 11 – регистратор
326
Изменение температуры жидкости фиксируется с помощью термометров сопротивления (датчиков температуры), принцип действия
которых основан на изменении электрического сопротивления в зависимости от температуры окружающего вещества. Обработка данных,
поступающих с термометров сопротивления, осуществляется регистратором, который преобразует значения сопротивления в конечную величину температуры.
Калориметрический эксперимент разделяется на три периода, в течение которых через каждую минуту производят отсчеты температур.
«Начальный» период проходит первые 10 минут опыта. За это время
проверяется постоянство изменения температуры калориметрической
жидкости. На последней минуте начального периода из термостата
достают образец с заданной температурой и опускают в калориметрическую систему. «Главный» период длится от момента погружения образца до начала равномерного изменения температуры калориметрической жидкости или изменения ее «хода» на обратный. «Конечный» период составляет около 10 минут после главного, за это время так же
поминутно фиксируют значения температуры.
Охлаждение образцов до необходимой температуры осуществляется
в термостате (рис. 2), по конструкции аналогичном калориметру. Оболочка термостата заполняется незамерзающей жидкостью. Перед началом
измерения термостат вместе с образцами выдерживают в холодильной
камере в течение суток при температуре чуть ниже заданной испытанием.
Рис. 2. Схема термостата: 1, 3 – наружная и внутренняя
стенки сосуда; 2 – теплоизоляционный материал;
4 – незамерзающая жидкость; 5 – песок; 6 – бюксы с образцами;
7 – термометры сопротивления; 8 – мешалка; 9 – регистратор
327
Для обработки данных калориметрического опыта необходимо установить поправку на теплообмен с окружающей средой и определить
тепловое значение калориметра. Для этого калориметр градуируют, используя энергию электрического тока. Жидкости калориметрической
системы сообщают количество теплоты путем ее электронагрева на
протяжении 10 мин и замеряют изменение температуры жидкости
с учетом поправки на теплообмен. Количество сообщенной нагревателем энергии вычисляют исходя из его характеристик силы тока и напряжения, а также времени пропускания электрического тока. По результатам калориметрического опыта удельная теплоемкость скелета
мерзлого грунта рассчитывается по формулам, приведенным в нормативной литературе [6].
Устройство калориметра можно использовать и для нахождения
теплопроводности мерзлого грунта методом регулярного теплового
режима. В процессе испытания отмечают изменение температуры образца при свободном его нагревании в течение некоторого времени.
Пространство калориметра заполняется незамерзающей жидкостью.
Данный метод является упрощенным и может применяться для приближенной оценки теплопроводности мерзлого грунта.
Устройство нестационарного действия МИТ-1 возможно применять для измерения теплопроводности мерзлых грунтов, при условии
замораживания их до температуры значительно ниже границы фазового перехода. При оценке теплоемкости мерзлого грунта с помощью калориметра важно обеспечить герметичность установки и минимизацию
теплопотерь путем теплоизоляции корпуса и контроля постоянства
температуры жидкости в оболочке калориметра.
Список литературы
1. Моделирование сезонного промерзания земляного полотна автомобильной дороги / А.М. Бургонутдинов, В.И. Клевеко, К.Р. Кашапова, О.В. Моисеева // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. – 2015. – № 1. – С. 346–350.
2. Медведев Д.П., Захаров А.В., Планирование эксперимента по определению теплопроводности песчаных грунтов экспериментальными
методами // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Урбанистика. – 2013. – № 4. – С. 109–115.
3. Примаков С.С., Жолобов И.А. Измерение коэффициента теплопроводности многолетнемерзлых грунтов в интервале практически
значимых температур // Нефтяное хозяйство. – 2014. – № 9. – С. 55–57.
328
4. Григорьев Б.В., Шабаров А.Б. Экспериментальное исследование
промерзания-оттаивания грунтов в неравновесных условиях // Вестн.
Тюмен. гос. ун-та. – 2012. – № 4. – С. 53–60.
5. Хеммингер В., Хёне Г. Калориметрия. Теория и практика. – М.:
Химия, 1990. – С. 176.
6. Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов. – М., 1973. – С. 194.
Об авторах
Ядовина Ксения Сергеева (Пермь, Россия) – студентка, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
(614010, г. Пермь, ул. Куйбышева, 109; e-mail: ksezamova@mail.ru).
Лашова Светлана Сергеевна (Пермь, Россия) – студентка, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
(614010, г. Пермь, ул. Куйбышева, 109; e-mail: svetlanca93@gmail.com).
Клевеко Владимир Иванович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительное производство и геотехника», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614010, г. Пермь, ул. Куйбышева, 109; e-mail: vlivkl@mail.ru).
329
УДК 624.19.058.2
УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ЭКРАНА ЛИНИИ
МЕТРОПОЛИТЕНА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРАСПОРТНОЙ РАЗВЯЗКИ
В Г. МИНСКЕ
А.А. Яковлев, В.Г. Пастушков, Г.П. Пастушков
Белорусский национальный технический университет,
Минск, Республика Беларусь
Рассмотрено производство работ по возведению защитного экрана тоннелей метрополитенов при строительстве транспортной развязки в г. Минске.
Ключевые слова: тоннель, плита, защитный экран, буронабивные сваи.
Перед началом строительства высотного здания ОАО «Газпром»
в г. Минске для обеспечения непрерывности движения транспортного потока было принято решение о строительстве транспортной развязки на пересечении проспекта Независимости с улицей Филимонова (рис. 1). Проектом было предусмотрено строительство двухпролетного путепровода из
сборного железобетона. Назначенные сжатые сроки строительства предполагали выполнение строительно-монтажных работ над действующей
линией метрополитена без остановки движения поездов, в круглосуточном
режиме. Для осуществления поставленной задачи была применена система
дистанционного мониторинга перегонных тоннелей метрополитена.
Предварительными пространственными расчетами были определены места с возможными большими деформациями элементов конструкций метрополитена. Для исключения значительных деформаций
тоннелей при разработке котлована проектом было предусмотрено устройство защитного экрана, определена последовательность и технология возведения конструкций. Эти мероприятия позволили минимизировать статические и динамические воздействия на обделку перегонных тоннелей и другие подземные сооружения метрополитена.
Вдоль каждого тоннеля (действующей линии метрополитена) с обеих
сторон выполнялись буронабивные сваи диаметром 630 мм и 800 мм,
с использованием гидравлической буровой машины SF-65 фирмы
SOILMEC (рис. 2). Первая свая (№ 71) выполнена 25.03.2015 г.
330
Рис. 1. Общий вид строительной площадки
до начала строительства
Рис. 2. Бурение скважины под набивную
сваю защитного экрана
Графиком ведения строительно-монтажных работ на экспериментальном участке предполагалось последовательное выполнение свай
(№ 71, 72, 73) (рис. 3). Работы по их устройству выполнялись в «окна»,
т.е. ночное время – с 1.30 до 4.30. Бурение скважин выполнялось с гидропригрузом по причине высокого расположения уровня грунтовых вод
и риском выноса в объем скважины грунта из «затрубного» пространства. В связи с отсутствием указаний в проекте о величине гидропригруза
его значение определялось экспериментально и корректировалось по ходу строительства в зависимости от показаний электронных датчиков.
331
Рис. 3. Схема расположения и порядковые номера
свай защитного экрана и опор путепровода
В процессе устройства свай в конструкциях обделки тоннелей начали развиваться дополнительные деформации и напряжения, значения
и изменение которых фиксировались в процессе мониторинга.
Накопление деформаций в конструкциях обделки тоннеля № 1 повлекло за собой перенапряжение отдельных элементов тоннеля, что послужило причиной изменения последовательности выполнения свай защитного экрана. Сотрудниками кафедры «Мосты и тоннели» БНТУ на основании
выполненных расчетов, была изменена последовательность устройства
свай для разгружения тоннелей и выполнения их в шахматном порядке.
Рис. 4. Общий вид разработки котлована
332
Рис. 5. Бетонирование плиты защитного экрана
и подготовки под плиту
Разработка котлована предусматривалась проектом в 6 этапов. Весь
котлован разбивался на захватки шириной 15 м, в которых с откосами
разрабатывался грунт до проектной отметки и бетонировалась плита защитного экрана (рис. 4, 5).
Список литературы
1. Петров М.П. Переход на BIM-технологии в проектировании на
примере Autodesk Revit // Модернизация и научные исследования
в транспортном комплексе. – 2015. – Т. 1. – С. 447–449.
2. Пастушков В.Г., Вайтович А.Н., Янковский Л.В. Сборно-монолитная плита проезжей части с контактным соединением специального
профиля // Науковедение: интернет-журн. – 2013. – № 5 (18). – С. 2.
3. Ботяновский А.А., Пастушков В.Г. Применение BIM-технологий
и новейшего оборудования при исследовании фактического технического состояния мостового сооружения // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: материалы международной научно-практической конференции. – 2015. – Т. 1. – С. 342–345.
Об авторах
Яковлев Александр Александрович (Минск, Республика Беларусь) – старший преподаватель кафедры «Мосты и тоннели», Белорус333
ский национальный технический университет, (220013, Республика Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 65; e-mail: ftkckp@mail.ru).
Пастушков Валерий Геннадьевич (Минск, Республика Беларусь) –
кандидат технических наук, доцент кафедры «Мосты и тоннели», Белорусский национальный технический университет, (220013, Республика
Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 65; e-mail: valpast@inbox.ru).
Пастушков Геннадий Павлович (Минск, Республика Беларусь) –
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Мосты
и тоннели», Белорусский национальный технический университет,
(220013, Республика Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 65; e-mail:
mit@bntu.by).
334
УДК 624.21
СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ СОЧЕТАНИЯ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ВИСЯЧЕЙ СИСТЕМЫ
А.Н. Яшнов, А.А. Лебедев
Сибирский государственный университет путей
сообщения, Новосибирск, Россия
Рассмотрена возможность применения полимерных композиционных
материалов в конструктивных элементах висячих мостов, а также вопросы оптимального проектирования таких конструкций. В качестве переменных параметров приняты жесткости конструктивных элементов.
Показано, что определяющей для обеспечения удовлетворительных прогибов в висячей системе из композиционных материалов будет изгибная жесткость балки. Возникает синергетический эффект при использовании
висячей системы из композиционных материалов.
Ключевые слова: пешеходный мост, висячий мост, оптимальное
проектирование конструкций, полимерные композиционные материалы,
стеклопластик.
Висячие мосты успешно конкурируют с другими системами в области средних и больших пролетов, позволяя пересекать препятствие без
устройства промежуточных опор, при этом не требуя устройства временных опор при строительстве [1]. Однако постоянная нагрузка от собственного веса конструкций составляет существенную часть от общей
нагрузки, что приводит к увеличению стоимости сооружения в целом.
Современные композиционные материалы позволяют снизить долю постоянной нагрузки, так как обладают значительной прочностью
при малом удельном весе [2]. Однако недостатком многих полимерных
композиционных материалов, в том числе стеклопластика, является
низкий модуль упругости. Поэтому при проектировании мостов с главной балкой, выполненной из стеклопластика, появляются дополнительные трудности по обеспечению удовлетворительных прогибов.
В то же время, применяя комбинацию нового материала и висячей системы, можно обеспечить выполнение требований норм по прогибам,
при этом уменьшить собственный вес конструкций. Возникает синергетический эффект положительных свойств системы, не совпадающих
со свойствами ее подсистем.
335
Чтобы добиться максимального использования положительных
свойств конструкции и применяемых матер