автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Максимизация выпуска балансов для целлюлозно-бумажной промышленности при первичной обработке древесины

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. . . . ♦ 9 Г;Ik Развитие целлюлозно-бумажной промышленности в

СССР и за рубежом.

1.2. Обеспечение ЦЕП древесным сырьем. ••••••••

Ii3. Формы древесных стволов и метод ее исследования . Ш 1,4. Основы теории оптимизации раскроя древесных стволов.

Г, 5. Анализ проведенных исследований по максимизации выпуска круглых и колотых балансов.

1*6. Цель и задачи исследования* •

ГЛАВА П; УРАВНЕНИЯ ОБРАЗУЮЩЕЙ СОСНОВЫХ, ЕЛОВЫХ ХЛЫСТОВ И

ИХ КОМЛЕВОЙ ЧАСТИ С НАПЕННОЙ ГНИЛЬЮ.

2.1. Уравнения образующей сосновых, еловых хлыстов и их анализ. »•••••,•••••••.••

2,1;Т. Методика построения уравнений образующей хлыстов».

2.1.2. Проверка точности и адекватности уравнений образующей сосновых, еловых хлыстов». . зх

2.1.3. Анализ уравнений образующей сосновых и еловых хлыстов. . з£

2.1.4. Качественные зоны хлыста. .••.*.•

2.2. Экономико-математические модели сосновых и еловых хлыстов. • ••••••.••.•••.

2.3. Комлевые отрезки хлыстов с напенной гнилью и их объемно-качественные характеристики. . gj

2.3.1. Моделирование комлевых сосновых и еловых бревен, их анализ. .* •-• " в

2.3.2. Моделирование центральной напенной гнили сосновых и еловых хлыстов.

2.3.3. Качественные характеристики комлевой древесины хлыстов с напенной гнилью.

ГЛАВА Ш. МАКСИМИЗАЦИЯ ВЫПУСКА КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ -БАЛАНСОВ ПРИ РАСКРЯЖЕВКЕ СОСНОВЫХ И ЕЛОВЫХ ХЛЫСТОВ.

3.1. Критерии оптимальности раскряжевки хлыстов

3.2. Товарный выход сортиментов круглого леса в оп«-товых ценах при раскряжевке хлыстов.^

3.3. Определение границ и объема сортиментных зон хлыстов.

3.4. Максимизация выпуска балансов в оптовых ценах при раскряжевке древесных хлыстов,.

3.4.1. Метод классического анализа. .•••»•• 9бг

3.4.2. Алгоритм отыскания максимума функции товарного выхода балансовых бревен в оптовых ценах.

3.4.3. Численное решение задачи максимизации выпуска балансовых бревен сосны и ели в оптовых ценах на ЭВМ. . . ;

ГЛАВА 1У. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАПАСА ДРЕВЕСИНЫ БАЛАНСОВ В ДРЕВО

СГОЯХ НА ЭВМ.П5"

4.1. Постановка задачи,, , . • . . , •

4.2. Первый вариант определения запаса балансов дре-востоев на ЭВМ. . 117'

4.3. Второй вариант определения запаса балансов дре-востоев на ЭВМ,

ГЛАВА У. ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫПУСКА ЮЛОТЫХ БАЛАНСОВ., . 126 5,1. Определение зоны колотых балансов для комлевой части хлыста с напенной гнилью.

5.2. Оптимизация выпуска колотых балансов, . . •

5.2.1. Выработка колотых балансов на станке АБ&

5.2.2. Выработка колотых балансов на станке Н**

ГЛАВА У1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОПТИМИЗАЦИИ РАСКРЯЖЕВКИ ХЛЫСТОВ НА БАЛАНСЫ.

6Д. Экономическая эффективность выпуска балансовых бревен при оптимизации раскряжевки сосновых и еловых хлыстов.- . . . . • * . • . . • • . . . . • 153 6.2. Экономическая эффективность оптимизации выпуска колотых балансов,

Основными направлениями развития народного хозяйства СССР в настоящее время являются улучшение структуры производства, комплексное использование древесины и древесных отходов*

Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) - одна из отраслей народного хозяйства, создающих материальную базу для развития культуры страны и поставляющих материальные ресурсы для многих отраслей промышленности и сферы обслуживания* Вместе с тем ЦБП - наиболее перспективная отрасль в составе лесного комплекса, призванна обеспечить наиболее эффективное использование лесосырьевых ресурсов*

Химико-технологические процессы обработки древесины в ЦБП позволяют перерабатывать наряду с качественным сырьем большие ресурсы отходов, образующих в отраслях деревообработки, а также низкосортную древесину, не пригодную для переработки в других отраслях* В связи с этим ЦБП является одним из главных потребителей древесины в народном хозяйстве* Эта отрасль нуждается в большом объеме древесины балансов хвойных и частично лиственных пород, но вопрос хорошего удовлетворения в сырье для ЦБП со стороны лесозаготовок до сих пор еще окончательно не решен.

Поэтому поиск новых резервов выпуска древесного сырья для ЦБП остается весьма актуальной задачей* Наряду с этим необходимо учесть специфику древесного сырья для ЦБП, изучить, решить задачи максимизации выпуска балансов в круглом и колотом виде при раскряжевке хлыстов, а также максимизации выпуска технологической щепы из откомлевок, вершинных остатков, обломков хлыстов* В этих вопросах много неясно в научном и практическом плане.

Одним из возможных путей повышения объемного и качественного выхода балансов для ЦБП является внедрение системы автоматической оптимизации (САО) раскроя древесных хлыстов. От того, как раскроен хлыст, зависит дальнейшее использование древесины и выход конечной продукции. Поэтому каждый хлыст необходимо раскраивать наилучшим образом, то есть по оптимальной схеме. Наука и практика лесозаготовительного производства поставили задачу разработки методов и приемов быстрого поиска схем раскроя хлыстов, которые бы полностью отвечали современным требованиям производства и потребления круглых лесоматериалов. Решение этих задач дает возможность повысить экономическую эффективность использования круглого леса в народном хозяйстве, а так же поднять уровень автоматизации первичной обработки древесины.

Другим эффективным способом получения дополнительного количества древесного сырья для ЦБП без ввода новых производственных мощностей по вывозке леса является переработка древесных отходов, низкокачественных древесин, получающихся в процессе заготовки лесоматериалов и переработки в лесозаготовительных предприятиях. Переработка низкокачественного сырья и отходов лесозаготовок на колотые балансы и технологическую щепу создает благоприятные условия для решения важнейших проблем -комплексного и пблного использования заготовленной древесины.

С целью выявления новых сырьевых резервов для ЦБП представляется актуальным рассмотреть в научном плане и выработать практические рекомендации по максимизации выпуска балансов при автоматической оптимизации раскроя сосновых, еловых хлыстов. В связи с чем в диссертации рассмотрены следующие вопросы:

- построение математических и экономико-математических моделей древесных хлыстов, математических моделей комлевой части хлыста и ее центральной напенной гнили;

- разработка алгоритма оптимизации раскроя хлыстов на круглые балансы с максимальным товарным выходом в оптовых ценах;

- разработка математического обеспечения задачи определения запаса древесины балансов лесфонда в АСУлесозаготовок;

- исследование процесса производства колотых балансов с целью выработки оптимальных вариантов их раскалывания на специализированных станках;

- технико-экономический анализ эффективности внедрения результатов исследования и рекомендации в производство.

Тема настоящей диссертационной работы.выполнялась в соответствии с планом важнейших НИР по проблеме "Комплексное и рациональное использование лесных ресурсов 81-85 г.", утвержденного приказом Минвуза СССР № 1252 от 31.ХП.1982 г., тема № 2.1.83г.

Решение поставленной задачи позволяет повысить экономическую эффективность в области первичной обработки древесины, увеличить выход древесины круглых и колотых балансов, тем самым способствовать улучшению снабжения сырьем целлюлозно-бумажной промышленности.

2.4, Результаты исследования объемного выхода древесины колотых балансов и объема потерь здоровой древесины при удавлении гнили показывают преимущество станка Н-10 перед станком АБС-2. При наличии кольцевого ножа станок Н-10 выпускает колотые балансы с меньшими потерями здоровой древесины, по сравнению со станком АБС-2 с прямым плоским ножом,

2.5. Внедрение полученных оптимальных схем раскряжевки хлыстов на балансовые бревна позволяет значительно увеличить объемный выход древесины балансов. За счет учета качества дре«* весины оптовая цена I м балансовых бревен увеличивается на 5,36 руб., а средняя оптовая цена I обезличенного кубометра древесины при раскряжевке хлыстов повышается на 1,57 руб.

При реализации оптимальных схем раскалывания чураков на колотые балансы объемный выход древесины повышается до 24,5$. В связи с чем» оптовая цена I м древесины колотых балансов увеличивается на 5,55 руб.

Таким образом, полученные в диссертации результаты решили поставленные задачи исследования» Внедрение полученных результатов в лесозаготовительное производство дает возможность существенно улучшить обеспечение целлюлозно-бумажной промышленности лесоматериалами.

Основные положения диссертационной работы были доложены на конференциях Воронежского ордена Дружбы народов лесотехническое го института и опубликованы в работах /18, 41, 42, 43, 44, 45/.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целлюлозно-бумажная промышленность является важной отраслью народного хозяйства* Б настоящее время ЦБП устойчиво увеличивает объемы производства целлюлозы, бумаги, картона и в связи с чем испытывает известные трудности с обеспечением древесным сырьем»

Исходя из этого поиск новых лесосырьевых резервов и в частности максимизация выпуска древесины балансов при раскряжевке хлыстов является весьма актуальной задачей науки и практики лесной промышленности»

Производственный опыт показывает, что одной из основных причин недостаточно полного удовлетворения в сырье ЦБП лесозаготовителями является слабая научная и практическая проработка вопросов раскряжевки хлыстов на круглые балансы и раскалывания чураков на колотые балансы»

Внедрение системы автоматической оптимизации раскряжевки хлыстов с управляющим вычислительным устройством дает возможность улучшить, обеспечение ЦБП лесным сырьем, повысить экономическую эффективность первичной обработки древесины»

I» Научное значение результатов исследований

I.I. Полученные уравнения образующей и экономико-математические модели сосновых, еловых хлыстов с достаточно высокой точностью отражают закономерности изменения геометрических и экономических параметров хлыстов по их длине. Эти модели являются математической основой теории оптимизации раскряжевки и раскалывания чураков с гнилью, а также определяют объем и качество круглого леса при раскряжевке, величину сбега бревен и другие показатели.

Ввиду отсутствия промышленных дефектоскопов древесины экономико-математические модели хлыстов с некоторыми допущениями индентифицируют качество древесины в оптовых ценах круглых лесоматериалов»

1*2. С учетом закономерностей распределения сучьев и их размеров по геометрическому объему хлыстов, были найдены уравнений определения границ качественных зон древесины. Это дает возможность определить схемы раскряжевки хлыстов на однородные по качеству сортименты круглого леса, тем самым улучшить качественный выход лесоматериалов.

Г.З, Полученные уравнения образующей комлевой части сосновых, еловых хлыстов, уравнения образующей центральной напенной гнили и их объемно-сортовые характеристики позволяют установить взаимосвязь между ними. Этот математический аппарат служит ос -новой для разработки методов раскряжевки комлевой части хлыста с напенной гнилью, тем самым решается вопрос улучшения использования низкокачественной комлевой древесины»

1.4. Установлено, что наиболее приемлемым критерием оптимальности раскряжевки хлыстов на балансы является товарный выход древесины круглых лесоматериалов в оптовых ценах.

1.5. Полученные уравнения и алгоритм максимизации выпуска балансов по объему и в оптовых ценах при раскряжевке хлыстов являются математическим обеспечением системы автоматического оптимального управления раскряжевочным агрегатом.

1.6. Разработана новая методика определения запаса древесиш балансов в лесфонде при его известных таксационных характеристиках. Эта методика дает возможность эффективно использовать ЭВМ при анализе сортиментной структуры лесфонда. Кроме того, она определяет математическое обеспечение ЭВМ для вычисления запаса любого сортимента круглого леса в древостое,

1,7, Установлен математический аппарат оптимизации раскалывания чураков с гнилью на колотые балансы для специализированных станков типа АБС-2 и Н-10. Оптимальный вариант раскалывания чураков определяет такую схему обработки, при которой получается максимальная производительность станка и минимальный объем здоровой древесины, потерянный при удалении гнили,

2. Значение полученных результатов исследований для практики лесозаготовительной промышленности

2.1. Полученные уравнения образующей и окономико-математи-ческие модели сосновых, еловых хлыстов служат основой для составления на ЭВМ местных таблиц объема и сбега хлыстов, объемного и товарного выхода древесины сортиментов круглого леса,

2.2, Уравнения и алгоритм максимизации выпуска балансовых бревен по объему и в оптовых ценах могут быть использованы при проектировании и создании систем управления раскряжевочными агрегатами поточных технологических линий выпуска сырья для ЦБП,\

2.3. Методика вычисления на ЗВМ запаса сортиментов кругло^ го леса дает возможность обосновано планировать леспромхозам объем лесозаготовок круглых лесоматериалов различного назначения, Математический аппарат этой методики может быть исполь*-зован в системе институтов Гипролестранс при проектировании новых леспромхозов для определения их сортиментной структуры.

1. Анучин Н.П. Лесная таксация; Лесная промышленность. М., 1982. 551 с.

2. Анучин Н.П. Раскряжевка хвойных пород. Гослесбумиздат. М., 1936.

3. Батин Н.А. Теоретические и экспериментальные исследования пиловочного сырья. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Ленинград, ЛТА, 1964.

4. Батин И.В. Основы автоматизации производственных процессов на нижних складах. Гослесбумиздат. М,, 1961. 124 с.

5. Батин И.В» Автоматизация производственных процессов на нижних складах. Лесная промышленность. М., 1956, № 4.6» Барышников А*И., Харлампович Б.К. Пути повышения выхода деловой древесины. Лесная промышленность. М., 1964.

6. Власов Г.Д. Проблема рационального потребления древесины при производстве и потреблении лесоматериалов в СССР, Дис~ сертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Ленинград, ЛТА, 1964.

7. Коробов В.В., Брик М.И., Рушнов Н.П. Комплексная переработка низкокачественной древесины и отходов лесозаготовок. Лесная промышленность. М,, 1978. 270 с.

8. Кулик В.Т. Принципы алгоритмизации и построения управляющих машин. Киев, 1963.28.' Леотьев Н.Л., Акиндинов М.В. Повышение выхода деловой древесины. Лесная промышленность. М., 1968. 57 с.

9. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпиричес** ких формул. Высшая школа. М,, 1982. 223 с.

10. Менделеев Д.И. Труды по сельскому хозяйству и лесоводству. АН СССР. М., 1954.

11. ЗГ; Митропольский А.К, Техника статистических вычислений. Наука. М., 1971. 576 с.

12. Петровский B.C. Математическое моделирование пиловочного сырья. Сб.материалов по итогам НИР СТЙ. Красноярск-, 1971.

13. Петровский B.C. Автоматическая оптимизация раскроя древесных стволов. Лесная промышленность. М., 1970. 183 с.

14. Петровский B.C. Оптимизация раскроя хлыстов. Лесная промышленность. М., 1967, № 2. с.17-18.

15. Петровский B.C. Вопросы теории синтеза алгоритма самопрограммирующих устройств раскроя древесных стволов. Труды Сиб. ТИ. Красноярск, 1963, вып.З.