Разработка автоматизированной системы массогабаритного контроля большегрузных автомобильных транспортных средств



Данная статья отражает актуальную проблему массогабаритного контроля большегрузных транспортных средств на дорогах общего пользования и на территориях коммерческих организаций занимающихся реализацией сыпучих продуктов. Достаточно подробно и в то же время лаконично сформулирован процесс получения, передачи и обработки информации о массогабаритных параметрах большегрузных ТС. Кроме того, в статье имеется подробное описание технической реализации автоматического пункта весового контроля на базе гидравлических мембранных цилиндров приемников давления и преобразователя давления частотно-резонансного типа. Также приведены весомые аргументы о необходимости применения подобных постов для муниципальных образований и коммерческих организаций.

Ключевые слова: автоматизированная система, массогабаритный контроль, пост весового контроля, большегрузные транспортные средства

В современном мире грузоперевозки по автомобильным дорогам занимают большую часть рынка логистики, Российская Федерация не является исключением. Развитие экономики страны и развитие дорожной инфраструктуры неразрывно связанны между собой, ежедневно по дорогам страны перемещаются сотни тысяч тонн различных грузов общей стоимостью сотни миллионов рублей.

Но стоит так, же напомнить о важности не только развития сети автомобильных дорог экспансивным методом, который включает в себя строительство новых дорог, путепроводов и развязок, но и развитие уже существующей дорожной сети интенсивным методом, что включает в себя планирование и управление транспортными потоками, расчет пропускной способности тех или иных участков автодорог и что самое важное контроль за нарушением условий эксплуатации дорожного полотна.

Каждый год грузопоток растет и соответственно повышается нагрузка на дорожную инфраструктуру, в связи с этим ясно выделяется необходимость контроля и регулирования массогабаритных параметров ТС сбора сведений и их дальнейшей обработки.

Проблема проведения анализа сведений, их обобщение о движущихся большегрузных дорожных транспортных средствах, а соответственно и дальнейшее эффективное применение сведений для организации повышения износостойкости дорог и коэффициента полезного действия при применении большегрузной техники на трассах и дорогах страны была затронута впервые в 2002 году в докладе заместителя Министра транспорта Новосельцева Б. Ф. «Инвестиционные потребности транспортного комплекса России. Проблемы и пути их решения» [1]

Автоматизированный пост весового контроля является одним из важнейших инструментов контроля и сбора информации о массогабаритных характеристиках ТС, для последующей обработки данных и принятия решений на их основе.

В настоящее время проблема получения и анализ информации о движении большегрузной техники по магистралям, трассам, автодорогам страны весьма актуальна и востребована.

Сбором, обработкой и анализом информации о движении на дорогах занимаются информационные дорожные центры страны, информация от которых передается единый центр Министерства транспорта Российской Федерации. Специалисты соответствующего уровня обобщают и формируют информационно-аналитический отчет и предоставляют его в Правительство Российской Федерации.

Однако, этих сведений явно недостаточно и сейчас в рамках федеральной целевой программы «Развитие транспортной системы России (2010–2020 годы)» проводится разработка инновационных методов и средств для получения информации с автодорог о грузопотоке (с учетом критериев транспорта), ее оперативной передачи в информационный центр, анализа ситуации и, соответственно, подготовки детального отчета об обстановке на автодорогах [2].

Соответственно, новизна исследования тематики, представленной в данном материале, неоспорима и подтверждается многими факторами изучения автодорожной обстановки

Так, в созданных в России центрах организации дорожного движения круглосуточно проводится анализ состоянии на автодорогах. Для получения объективной информации введены в действие в 2010–2014 гг. более 2 млн. детекторов транспортных потоков, сотни тысяч стационарных и мобильных комплексов автопотока, 1/3 транспортных средств, стоящих на учете в ГИБДД, оснащена системой ГЛОНАСС. Эти средства позволяют получать и оперативно обрабатывать с целью дальнейшего объективного реагирования на дорожную ситуацию, необходимую информацию с автотрасс.

Так, если взять отчет Мэра Москвы за предпоследний (2013) год, то в докладе указаны самые основные причины возможного затруднения организации движения транспорта (12 тонн и более — большегрузного), а именно несоблюдение водителями данных транспортных средств: требований к высоте (протекторов шин), норм оптимальной загрузки автомашины (перегруз), движение большегрузного транспортного средства по полосам, не предназначенным для движения грузового транспорта, перекрытие движения с целью перемещения большегрузного транспорта, блокирующего движение, при помощи дежурных тягачей и т. д. [3]

Методика, апробированная для проведения анализа на автотрассах г. Москвы, проходит апробацию и на других авто участках нашей страны.

Некоторые положения проведения анализа и расчетно-экспериментальных исследований предложены лично автором и, следовательно, имеют актуальную практическую значимость для дальнейшего анализа рассматриваемой темы.

В практическом исследовании данной тематики автором были применены методы: наблюдение, измерение, эксперимент, что дали весьма объективные результаты изучения движения большегрузного транспорта по автодорогам. Соответственно для обоснования предложенных ниже заключений была разработана математическая (расчетная) модель воздействия большегрузных транспортных средств на дорожное покрытие дороги с точки зрения динамики, причем зависящая от скорости их движения и позволяющая оценить перегрузки дорожных конструкций.

Кроме того, установлена прямая зависимость динамического воздействия большегрузных ТС на дорожные конструкции от частотного распределения амплитуд автотранспортных средств, а также установлена зависимость перегрузок (динамических) дорожных конструкций от скорости движения автомобиля (при движении по неровной поверхности) с учетом возникновения резонансных режимов воздействия. Изучена проблематика перегруза автомобиля на возникновение ДТП на автодороге. В этом и заключается научная новизна представленной статьи.

При этом обратим внимание на методику математического расчета пропускной способности автодорог. За основу необходимо взять Руководство по оценке пропускной способности автомобильных дорог, утвержденное Минавтодором РСФСР 24.08.1981, с учетом разъяснений и поправок Министерства транспорта 2014 года. Эта методика основана на использовании коэффициентов снижения износостойкости с течением времени. Данный подход к учету влияния различных дорожных условий на пропускную способность является весьма удобным и экономически обоснованным в практическом применении.

Таким образом, Р — пропускная способность, для определения которой используют результаты измерения скорости движения большегрузных автомобильных средств и плотность транспортного потока. Получается следующее:

Р = ω*α*νсв*qmax

где ω — коэффициент, учитывающий загрузку движением встречной полосы, при равномерном распределении ω = 1, при свободной встречной полосе движения (N < 100 авт./ч) ω = 1,3, при загруженной встречной полосе движения ω = 0,99; α — коэффициент, зависящий от дорожных условий, α = 0,18...0,23, обычно принимают α = 0,19; νсв — скорость движения большегрузного транспорта на рассматриваемом элементе дороги, км/ч; qmax — максимальная плотность большегрузного транспортного потока, авт./км.

В этом случае необходимо более точно определить показатель плотности именно большегрузного транспорта. Этот показатель получают с установленных детекторов (камер) на автотрассах. При чем при расчете показателя за сутки берут среднесуточный показатель, так как в разное время суток поток большегрузных ТС различен и это не случайный факт. Несколько лет назад ввели временной регулятор въезда большегрузных ТС в крупные промышленные центры и города, это также имеет в своей основе научное обоснование.

Анализируем и проводим построение математической модели далее. Совершенно очевидно, что коэффициент снижения пропускной способности автодороги можно определить, как отношение пропускной способности Р трассы к пропускной способности дороги с особо благоприятными условиями прохождения автопотока, а именно:

B = Р / Рmax

Таким образом автоматически возникает вопрос о расчете максимальной пропускной способности Рmах, и при каких условиях данный показатель соответствует определенным дорожным условиям.

Данный показатель может быть достигнут при:

Движении большегрузного транспортного средства по прямолинейному горизонтальному участку большой протяженности без пересечений;

− При ширине полосы движения не менее 3,75 м;

− В случае укрепленной обочины шириной не менее 3 м;

− Сухом дорожном покрытии с высоким показателем ровности автомобильной трассы;

− Транспортный поток состоит более чем на 50 % от общего количества из легковых автомобилей;

− Отсутствуют препятствия (какие-либо) на обочинах, способных вызвать снижение скорости движения;

− Ну и, естественно, благоприятные погодные условия в рассматриваемый период.

Таким образом получаем в конкретных дорожных условиях пропускную способность:

Р=В*Рmax

где В — возможный итоговый показатель или коэффициент снижения пропускной способности автотрассы.

Казалось бы, все просто, однако это лишь элементарный расчет. Для наиболее объективной оценки необходимо учесть еще множество факторов. На износостойкость явно может влиять переувлажнённость автодороги. В соответствии с законами физики, масса движущегося большегрузного ТС вытесняет под колесами соответствующие объемы дорожной одежды. Так может получаться колея.

Следующим ярким примером влияния массивной техники на дорожное полотно может послужить образование волн или нагребней на автотрассе. Наиболее часто они встречаются перед сужением дороги, на автобусных остановках, перед пешеходными переходами и т. д. Это не случайно в определенных ситуациях большегрузному транспорту приходится резко тормозить. Вот это и приводит к данному эффекту.

В целях обеспечения сохранности автодорожных покрытий автохозяйством регионов и Инспекциями организации дорожного движения вводятся специальные ограничения движения по определенным дорогам, например, на трассах низших категорий вводят ограничения движения большегрузного транспорта до полнейшего просыхания основы дорожного полотна. А вот автотрассы I-III категорий должны подобный транспорт пропускать всегда.

Далее, знаки ограничения скорости ставят заблаговременно перед транспортной остановкой, чтобы снизить риски при резких торможениях.

Географический фактор, такой как близость грунтовых вод также весьма отрицательно влияет на сохранность автодорог в целом. Следовательно, по моему мнению, перед планировкой трассы всегда, а не в определенных случаях, следует делать геодезическую оценку почв и земляной поверхности. Данные предложение были сформулированы и представлены в Министерство транспорта для подготовки рекомендаций автохозяйствам страны.

Рассматривать каждый показатель в отдельности не имеет никакого практического смысла, так как кроме уже перечисленных факторов особую роль на состояние трассы играют возможные технические и эксплуатационные качества дорожной одежды и земляного полотна, целостное состояние автомобильной дороги, условия организации движения, и как следствие, эффективность обеспечения транспортной работы трассы.

Анализируя полученную и трансформированную в единый центр информацию, которая в свою очередь подвергается анализу по определенным критериям. Соответственно, к одной из групп показателей можно отнести интенсивность движения, в том числе большегрузных ТС, состав и объем движения, пропускную и провозную способность автомобильной дороги, среднюю скорость движения грузопотока и время сообщения.

В современном инструментарии расчета показателей работы автодорог под интенсивность движения N понимают — число автомобилей, проходящих через определенное поперечное сечение автотрассы за единицу времени (час, сутки).

Данный показатель является достаточно важным и сложным одновременно, изменяющимся во времени (в течение часа, суток, недели, меся­ца и года). При чем, в зависимости от интенсивности потока и, как правило, принято устанавливать категорию автодороги, а, соответственно, и выбирают сроки выполнения ремонта дороги и других мероприятий по организации дорожного движения.

Что же касается объема движения, то этот показатель можно представить, как суммарное число автомобилей, проезжающих через определенный участок дороги за конкретный период времени, измеряемый путем непрерывных наблюдений.

Под составом транспортного потока принято понимать распределение и представление в процентном отношении всех автомашин по видам транспортных средств (легковые автомобили, автобусы, грузовые автомобили: тяжелые, средние, легкие). Абсолютно естественно, что состав транспортного потока зависит от района пролегания дороги, наличия промышленных предприятий, дня недели и сезона, что влечет за собой соответствующий выбор мероприятий по организации дорожного движения.

Грузонапряженность представлен особым показателем и измеряется, как суммарная масса грузов и транспортных средств, проходящих по данному участку дороги в обоих направлениях в единицу времени. Теперь можно абсолютно точно посчитать грузонапряженность большегрузных машин на конкретной автодороге.

Однако, для оценки работоспособности дорожной одежды чаще и точнее всего применяют показатель грузонапряженность, то есть общей массы грузов, перевозимых по участку дороги в обоих направлениях в единицу времени и на единицу пути.

При рассмотрении данной темы применялись и другие показатели, например, такие как коэффициент загрузки дороги, который определяется как отношение интенсивности движения к пропускной способности рассматриваемой дороги. Соответственно, этот показатель является одним из основных при расчете числа полос движения.

На основе данной методики и были приняты меры об отведении боковых правых полос на МКАДе для большегрузных автомашин. Но это очень сложная трасса и здесь были учтены множественные показатели для расчета, а именно: скорость движения расчетная; конструктивная; мгновенная; эксплуатационная; техническая; оптимальная; нормируемая.

При согласовании всех параметров и показателей, а также на основании технико-экономических расчетов устанавливают значения рекомендуемой скорости.

Так, в мировой практике проектирования и прокладки автомобильных дорог в настоящее время наметилась тенденция снижения расчетных скоростей грузопотока, это касается и скоростных трасс. Данный факт также объясним, высокие скорости в реальных условиях большегрузных машин не наблюдаются, а затраты на обеспечение подобного рода движения весьма велики.

Анализ последних научных исследований и расчетов дорожной обстановки страны показывает, что значение расчетной скорости движения, особенно при разработке проекта реконструкции трасс зачастую принимают меньшим, чем при проектировании новых дорог. Данный факт вызван тем, что автотрасса будет проходить в определенных условиях местности и застройки.

Рассматривая данную актуальную тематику важно рассмотреть срок службы автомобильной дороги, как периода времени от сдачи построенной дороги в эксплуатацию до ее реконструкции или между ее капитальными ремонтами.

Кроме того так же стоить отметить актуальность автоматизированных пунктов весового контроля не только для муниципальных образований но и для коммерческих организаций занимающихся реализацией сыпучих продуктов, таких как гранулированные химические реагенты, цементы, бетон, товарный щебень, асфальт и др.

При наличии автоматизированного пункта весового контроля на загрузочной площадке возможно создание системы автоматической загрузки в большегрузное ТС необходимого объема сыпучего груза с большой точностью. Что в свою очередь позволяет экономить средства предприятия и повышать эффективность транспортной логистики.

Проведенные исследования на примере предприятия ООО «Агрохим» г. Курган выявили следующую проблему актуальную для практически всех производителей сыпучих продуктов на территории РФ, это устаревший бункерный и силосный парк а так же отсутствие точного контроля за массовым объемом отпускаемой продукции, что в свою очередь ведет к «паразитным» объемам при загрузке большегрузных ТС бункерным и конвейерным способом. Данная ситуация в организации приводит к тому, что на каждые десять тонн продукции организация теряет до минимум восьмиста килограмм товарной продукции (гранулированные удобрения). Что, в свою очередь, ведет к убыткам в размере до шести миллионов рублей в год, только на загруженный лишний объем продукции.

Предложенный автоматический пункт весового контроля позволяет получать информацию о массе большегрузного ТС при его поосном взвешивании при въезде и выезде с погрузочной площадки. А система автоматической загрузочной площадки позволяет в реальном времени отслеживать и контролировать массовый объем загруженного сыпучего продукта в большегрузное ТС с точностью до десятков килограмм. Предлагаемые системы позволяют сэкономить значительные средства предприятия за счет снижения «паразитных» объемов загрузки и отмены необходимости установки дорогостоящих расходомеров бункерного или конвейерного типа с последующим обновлением бункерной и силосной инфраструктуры.

Инновационность системы заключается в использовании одной элементарной базы для автоматических пунктов весового контроля и для реализации автоматических загрузочных площадок на базе гидравлических мембранных приемников давления и преобразователя давления частотно-резонансного типа. Техническое решение позволяет значительно повысить точность и скорость измерения массовых характеристик большегрузного ТС, повысить надежность и отказоустойчивость систем и снизить расходы на монтаж и обслуживание.

Литература:

1. http://www.mintrans.ru/news/detail.php?ELEMENT_ID=1082&sphrase_id=73674.
2. http://www.mintrans.ru/activity/detail.php?SECTION_ID=204.
3. http://dt.mos.ru/upload/presentations/uds/sneg.pdf.