автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование параметров энергосберегающих процессов лесопиления в условиях лесосеки

На правах рукописи

Ефимов Юрий Валерьевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ ЛЕСОПИЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСЕКИ

05.21.01 - технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

2 / НОЯ 2014

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2014

005556010

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет» и ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Якимович Сергей Борисович.

Официальные оппоненты: Шадрин Анатолий Александрович,

доктор технических наук, профессор кафедры технологии и оборудования лесопромышленного производства ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса»;

Фомин Анатолий Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения ФГЪОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Братский государственный

университет»

Защита состоится «18» декабря 2014 года в 10-00 часов, на заседании диссертационного совета Д. 212.281.02 при ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет» по адресу 620100, г. Екатеринбург, ул. Сибирский тракт, 37, зал заседаний ученого совета - аудитория 401.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет», http://www.usfeu.ru/nauka/disserattsionnye-sovety.html

Автореферат разослан ииоУ^Л» 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Куцубина Нелли Валерьевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из важнейших задач в области лесозаготовок является разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий заготовки и обработки древесины.

В настоящее время процесс переработки древесины на пиломатериалы осуществляется либо на лесосеке малыми и средними предприятиями, либо альтернативно — на лесопромышленном складе, с последующей реализацией всех полученных при этом компонентов. Но следует отметить, что в последнем случае происходит потеря биомассы предмета труда лесозаготовок: при перемещении лесоматериала к месту переработки, в процессе валки, погрузочно-разгрузочных и других вспомогательных операций. В связи с этим целесообразнее было бы использовать лесные комбайны и иные средства, которые реализуют процесс полной переработки в координатах стоящего дерева или на погрузочном пункте. И это является актуальным, когда производство продукции первичной переработки (сортименты и пиломатериалы) потребителю осуществляется на лесосеке.

Ресурсосбережение при производстве пиломатериалов на лесосеке обеспечивается при совмещении обрабатывающих функций технологического процесса, а также при наиболее компактном размещении этих функций в координатах пространства.

Таким образом, актуальность работы заключается в разработке технологии первичной переработки древесины на лесосеке, позволяющей уменьшить энергетические затраты.

Диссертационная работа выполнена в рамках государственного контракта №01.29/07 с министерством промышленности и природных ресурсов Пермского края на выполнение НИР по теме: «Обоснование ресурсосберегающих технологий лесопромышленного комплекса, адаптированных к природным условиям Пермского края, с минимизацией затрат на лесовосстановление»; в рамках государственного контракта № 16.740.11.0518 по теме «Оптимально функциональные синхронизированные транспортно-обрабатывающие системы и управление ими» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.

Степень разработанности исследования.

Диссертационная работа представлена в виде полноценного научного исследования, состоящего из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка используемой литературы из 110 наименований и 12 приложений. В работе проведен анализ проблемы, описана постановка цели и задач, разработаны методика оценки энергоэффективности процесса производства сортиментов и пиломатериалов и математическая модель обоснования схем раскроя и параметров процессов реализации этих схем. Разработана методика промышленного эксперимента при распиловке древесины на пиломатериалы, представлены результаты распределения энергозатрат по составляющим цикла лесопиления, полученные на основе амплитудно-частотных характеристик, сформулированы выводы и рекомендации.

Общий объем работы 129 страниц, 43 рисунка, 29 таблиц.

Целью работы является повышение эффективности продольного пиления древесины обоснованием параметров энергосберегающих процессов в условиях лесосеки.

Объект и предмет исследований. Объект - технологические процессы раскряжевки хлыстов и продольного пиления сортиментов. Предмет - параметры процессов лесопиления, обеспечивающие энергосбережение в условиях лесосеки.

Задачи исследования.

1. Провести анализ исследований в области существующих технологий лесозаготовок с производством пиломатериалов на лесосеке.

2. Провести анализ исследований в области оптимизации раскроев сортиментов и пиломатериалов и существующих видов ресурсосбережения для процессов лесопиления на лесосеке.

3. Разработать методику оценки энергоэффективности процесса производства сортиментов и пиломатериалов, и математическую модель обоснования оптимизацией схем раскроя и параметров процессов реализации этих схем, а именно: количества и площади сечений сучьев в пропиле, расстояния перемещения пиловочника при поворотах и поперечных перемещений.

4. Разработать методику промышленного эксперимента и анализа распределения энергозатрат по составляющим цикла лесопиления на основе амплитудно-частотных характеристик.

Научная новизна работы. Составлена методика системной оценки удельной энергоемкости процесса заготовки и первичной обработки древесины, отличающаяся включением операции продольного пиления в координатах дерева, погрузочного пункта и в координатах нижнего лесопромышленного склада. Предложена математическая модель оптимизации раскроев сортиментов и пиломатериалов, отличающаяся включением комплексного критерия удельной энергоемкости. Разработана математическая модель, описывающая влияние схем раскроя и параметров процесса реализаций этих схем: количества и площади сечений сучьев в пропиле, расстояния поворотов пиловочника, рабочих и холостых ходов при пилении на удельную энергоемкость процесса продольного пиления, отличающаяся применением методов теории случайных процессов, спектрального анализа и построением амплитудно-частотных характеристик по составляющим цикла лесопиления. Найдено техническое решение совокупности существующих признаков лесного комбайна для переработки стоящих деревьев на сортименты и пиломатериалы, по которому получен патент на изобретение № 2312489 РФ.

Практическая значимость. Результаты исследований позволяют обосновать такие параметры процессов лесопиления, при которых происходит снижение энергоемкости в условиях лесосеки.

Методологической основой исследования послужили теория вероятности и математическая статистика, методы линейного программирования,

математического моделирования, спектрального анализа и промышленного эксперимента.

Научные положения, выносимые на защиту:

методика и результаты системной оценки наиболее эффективной технологии производства пиломатериалов в условиях лесосеки на основе критерия удельной энергоемкости;

математическая модель и результаты раскроя хлыстов на сортименты и пиломатериалы на основе критерия удельной энергоемкости;

методика и результаты промышленного эксперимента по оценке случайных параметров продольного пиления древесины на основе методов теории случайных процессов, спектрального анализа и амплитудно-частотных характеристик;

амплитудно-частотные характеристики распределения мощности по составляющим цикла лесопиления;

техническое решение, обеспечивающее производство сортиментов и пиломатериалов на лесосеке.

Достоверность результатов исследований обоснована теоретическими решениями и экспериментальными данными.

Реализация работы. Результаты НИР по государственному контракту №01.29/07 с министерством промышленности и природных ресурсов Пермского края по теме: «Обоснование ресурсосберегающих технологий лесопромышленного комплекса, адаптированных к природным условиям Пермского края, с минимизацией затрат на лесовосстановление» приняты по актам сдачи-приемки заказчиком и используются в ГКУП «Пермсельлес» в виде рекомендаций по оптимальным раскроям и способам раскроев.

Результаты НИР по государственному контракту №16.740.11.0518 «Оптимально функциональные синхронизированные транспортно-обрабатывающие системы и управление ими» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инноваций России» на 2009-2013 гг. приняты по актам сдачи-приемки заказчиком.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены на ежегодных научно-практических конференциях аспирантов, докторантов и ППС МарГТУ (с 2007 по 2011 гг.); на международных конференциях: на XVIII международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» в БГИТА в 2007, 2009 г.г.; на VIII международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства» в ЮРГТУ в 2008 г., на международной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам в МарГТУ (с 2007 по 2009 и 2011 гг.); на научно-технических конференциях ППС и аспирантов Пермской ГСХА в 2008-2009 гг., НТС министерства промышленности и природных ресурсов Пермского края в 2007 г, на международной научно-технической конференции в МГУ леса (г. Москва) «Наука и образование для лесопромышленного комплекса» в 2012 году.

По материалам диссертации опубликовано 13 работ, из них 2 в журналах, рекомендованных ВАК, и получен 1 патент на изобретение. Результаты НИР изложены в 6 отчетах, ссылки на которые представлены в диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, поставлена цель и сформулированы основные задачи исследования, определены предмет и объект исследования, раскрыта научная новизна и практическая значимость работы,

В первой главе выполнен анализ состояния производства пиломатериалов и выявлены основные пути ресурсосбережения при их производстве в условиях лесосеки. Исследованы основные методы оптимизации при производстве сортиментов и пиломатериалов.

Проведенный анализ определил востребованность производства пиломатериалов на лесосеках. Для успешной реализации производства пиломатериалов на лесосеке требуется обеспечить высокую энергоэффективность и энергосбережение.

Как показывают исследования, энергосбережение в условиях лесосеки возможно путем конструктивных изменений в оборудовании, путем изменения скоростных режимов лесопиления, путем использования отходов в производстве энергии в электроснабжении и для сушки готовых пиломатериалов, а также при определенных условиях реализации технологического процесса.

Выполнено содержательное описание исследований в сфере моделирования и оптимизации при производстве сортиментов и пиломатериалов и показан вклад ученых Московского ГУ леса, Санкт-Петербургского ГЛТУ, Уральского ГЛТУ, Северного (Арктического) ФУ, Сибирского ГТУ, Воронежского ГТУ, Петрозаводского ГУ, Братского ГУ, Тихоокеанского ГУ, Поволжского ГТУ и других научно-исследовательских организаций лесного комплекса РФ в развитие этих исследований.

Анализ работ определил, что при оптимизации раскроев древесного сырья наиболее актуальным, в связи с ресурсосбережением, является критерий удельной энергоемкости.

Во второй главе рассмотрены технологические схемы производства пиломатериалов в условиях лесосеки и проведена сравнительная оценка эффективности технологических схем по критерию удельной энергоемкости. Разработана математическая модель раскроев хлыстов на сортименты и пиломатериалы на основе комплексного критерия.

Для сравнения были рассмотрены три технологических процесса производства пиломатериалов: на нижнем лесопромышленном складе, на погрузочном пункте и на лесосеке у пня с использованием мобильного ленточнопильно-го станка '\Уоо(]-М12ег ЬТ40.

Результаты сравнения удельных энергоемкостей по технологическим процессам получения пиломатериалов показывают, что наиболее энергосберегающим является технологический процесс производства пиломатериалов у пня и имеющий соответственно наименьшую энергоемкость на продольную распиловку. Суммарная удельная энергоемкость производства пиломатериалов

на погрузочном пункте практически не отличается при их производстве на лесосеке у пня. Сводная таблица удельных энергоемкостей по технологическим процессам получения пиломатериалов представлена в таблице 1.

Вариант технологического процесса получения пиломатериалов на погрузочном пункте показан на рис.1.

В связи со значительной долей энергоемкости на продольную распиловку на лесосеке и применением при этом ресурсоемких энергоносителей (топливо), было принято решение об обоснование таких раскроев, при которых бы минимизировались энергозатраты на производство конечного продукта - пиломатериалы.

Целью задачи оптимизации является выбор такого раскроя, при котором максимизируется объемный выход древесного сырья и минимизируется удельная энергоемкость технологического процесса в рамках поставленных ограничений.

Таблица 1

Сводная таблица удельных энергоемкостей по технологическим процессам получения пиломатериалов

Технологический процесс №1

Технологические операции Валка деревьев, обрезка сучьев, раскряжевка хлыстов Трелевка сортиментов на погрузочный пункт Транспортировка сортиментов в лесопильный цех Распиловка на пиломатериалы на нижнем лесопромышленном складе

Система машин Харвестер John Deere 1270В Форвардер John Deere 1410 Сортиментовоз с манипулятором Wood-Mizer LT40

Удельная энергоемкость, кВт-ч/м3 0,354 0.68 28 18,6

Итого 47,6 кВт'ч/м5

Доля продольного пиления 39%

Технологический процесс №2

Вариант с отпуском пиломатериалов потребителю на лесосеке с погрузочного пункта

Технологические операции Валка деревьев, обрезка сучьев. раскряжевка хлыстов Трелевка сортиментов на погрузочный пункт Распиловка на пиломатериалы

Система машин Харвестер John Deere 1270В Форвардер John Deere 1410 Wood-Mizer LT40

Удельная энергоемкость. кВт-ч/м3 0.354 0.68 18.6

Итого 19,6 кВт* ч/м3

Доля продольного пиления 94,7 %

Вариант с отпуском пиломатериалов потребителю на лесопромышленном складе

Технологические операции Валка деревьев, обрезка сучьев, раскряжевка хлыстов Трелевка сортиментов на погрузочный пункт Распиловка на пиломатериалы Транспортировка оставшейся части сортиментов и пиломатериале

Система машин Харвестер John Deere 1270В Форвардер John Deere 1410 Wood-Mizer LT40 Сортиментовоз с манипулятором

Удельная энергоемкость. кВт-ч/м3 0.354 0,68 18,6 27,15

Итого 46,78 кВт-ч/м3

Доля продольного пиления 39,7%

Продолжение таблицы 1

Технологический процесс №3

Вариант с отпуском пиломатериалов потребителю на лесосеке с волока

Технологические операции Валка деревьев, обрезка сучьев, раскряжевка хлыстов Распиловка на пиломатериалы

Система машин Харвестер John Deere 1270В Wood-Mizer LT40

Удельная энергоемкость, кВт- ч/м3 0,354 18,6

Итого 18,95 кВт- ч/м '

Доля продольного пиления 98,1 %

Вариант с отпуском пиломатериалов потребителю на лесопромышленном складе

Технологические операции Валка деревьев, обрезка сучьев, раскряжевка хлыстов Распиловка на пиломатериалы Транспортировка сортиментов и пиломатериалов на погрузочный пункт Транспортировка сортиментов и пиломатериалов на лесопромышленный склад

Система машин Харвестер John Deere 1270В Wood-Mizer LT40 Форвардер John Deere 1410 Сортиментовоз с манипулятором

Удельная энергоемкость. кВт- ч/м3 0,354 18,6 0,65 27,15

Итого 46,75 кВт* ч/м"'

Доля продольного пиления 39,7 %

Рисунок 1 - Схема получения пиломатериалов на верхнем складе (погрузочном пункте) 1 - лесовозный ус, 2 — штабеля сортиментов, 3 — ленточнопильный станок, 4 - штабеля пиломатериалов, 5 - автопоезд, 6 - форвардер

Постановка задачи предполагает разработку частных одноцелевых критериев с последующей их сверткой.

Первый частный критерий используется в задаче оптимизации раскроя древесного сырья для получения наиболее ценной и требуемой номенклатуры лесоматериалов:

р I

' к , (1)

Второй частный критерий используется в задаче оптимизации раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы:

Wood-Mizer LT-40

=E I2X

i Z-\ j-1

*k:

где - количество г-х раскроев /-го сортимента; к^ - количество }-х пиломатериалов в г-м раскрое; хц - объем _/-го пиломатериала, полученного из 1-го сортимента; к - число сортимен-

тов; /и - число раскроев, участвующих в оптимизационном расчете; п -лов.

число пиломатериа-

Третий частный критерий используется в постановке задачи оптимизации раскроя сортиментов и пиломатериалов по критерию удельной энергоемкости:

( 1 к. *Ь, * Я.

F> = g,

1„

* t 7 ■

*l*t,

1 к, *b,* H

-L,

Vö

■K'

*C,

(3)

где kj - удельная работа резания при раскряжевке /-го сортимента; Ь,- - средняя ширина /-го пропила; Я,- ~ средняя высота /-го пропила; и, - скорость подачи при раскряжевке; п- число пропилов на /-ый хлыст; t,■ - среднее время на поперечную распиловку /-го сортимента, сек; kc.i - доля i-ro сорторазмера в хлысте; х, - объем выпиленного сортимента /-го сорторазмера; Zj - количество холостых ходов в бревне при продольной распиловке; FOKp - условная постоянная окружная сила; / - длина пильной ленты; tj - время на холостой ход при продольном пилении; kj - удельная работа резания при пилении; b, - средняя ширина j-го продольного реза; Hj - средняя высота j-го продольного реза; uj - скорость подачи при продольном пилении; Lj - длина j-го пиловочника при продольном пиления; nij - количество резов в пиловочнике при продольном пилении; k„,j - доля j-го пиломатериала в сортименте; xj — объем j-ro пиломатериала, выпиленного из /-го сортимента; К — коэффициент использования станка или лесопильной рамы; ир - средняя скорость рабочего хода тележки; г/„ и гц,- КПД от двигателя к пиле при раскряжевке и продольном пилении соответственно; Ci=l/3600 - коэффициент для перевода времени из секунд в часы.

На заключительном этапе ставится задача в одновременной максимизации выхода объемов сортиментов и пиломатериалов, а также минимизации удельной энергоемкости.

Решение задачи раскроя хлыстов на сортименты при длинах хлыстов 16, 17, 19 и 21 м представлены в таблице 2.

Таблица 2

Длина хлыста, м Оптимальный раскрой

16 П 1-6,5 м: ПИ-5.5 м: Б- 4.0 м

17 П I - 6.0 м: П И - 6.0 м: Б - 5,0 м

19 П I - 4,5 м: П II - 6,0 м; П II - 4.5 м: Б - 4,0 м

21 П I - 6,5 м; П II - 6,5 м; П II - 4,0 м: Б - 4,0 м

Примечание — П I, II — пиловочник 1-го, 2-го сорта, Б - балансы

На рис.2, представлены наилучшие схемы раскроя пиловочника диаметром 22, 26 и 32 см соответственно.

а) б) в)

Рисунок 2 - Схемы наилучшего раскроя а) пиловочник диаметром 22 см; б) пиловочник диаметром 26 см; в) пиловочник диаметром 32 см.

Эффект полученный при использовании наилучшего варианта составил: для пиловочника 22 см - 0,087 кВт-ч/м3; для пиловочника 26 см - 0,192 кВт-ч/м3; для пиловочника 32 см - 1,958 кВт-ч/м3.

В этой главе также представлено техническое решение лесного комбайна для переработки стоящих деревьев на сортименты и пиломатериалы по патенту на изобретение, реализующее наименее энергоемкий процесс.

В третьей главе определены цель и задачи, а также характеристика объекта исследований и условия проведения производственного эксперимента, обоснован выбор измерительно-регистрирующей аппаратуры, разработаны порядок проведения и методика обработки полученных результатов.

Цель эксперимента - оценка распределения энергопотребления по составляющим цикла лесопиления и выявление факторов, определяющих управление и получение оптимальных раскроев с минимальными затратами энергии.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследования: выбрать установку для проведения продольного пиления и подобрать соответствующую измерительную аппаратуру; разработать методику проведения эксперимента; провести эксперимент по распиловке; выявить факторы управления, их значимость для получения оптимальных раскроев по критериям энергосбережения.

Объектом исследований служил технологический процесс производства пиломатериалов.

Производственно-экспериментальные исследования проводились на территории предприятия ООО «Завод Лесфорт». Для исследования энергетических характеристик за время цикла распиловки бревна был выбран вертикальный ленточный бревнопильный станок ЯМ - 1200 «ИиЬМАК» с механическим приводом подачи (рис.3).

Рисунок 3 - Вертикальный ленточный бревнопильный станок ЯМ - 1200 Я11ЬМАК

Рисунок 4 - Измерительный комплект

Для выполнения экспериментального исследования был создан комплект измерительной аппаратуры, представленный на рис. 4. На рис.4, обозначено: 1 - силовой щит ленточнопильной установки; 2 -измерительный щит с цифровым ваттметром ЦП 8506-120; 3 - кабель стабилизированного напряжения 220 В для питания ваттметра; 4 - многофункциональный модуль сбора данных USB 6008; 5 - портативный компьютер - ноутбук.

Для записи и отображения данных активной мощности процесса продольного лесопиления использовалась среда графического программирования

Lab View (рис.5).

1 - экспресс ВП сбора данных, 2 - канал передачи сигнала. 3 - терминал графика осциллограммы напряжения, 4 - элемент индикации значения мощности, 5 - функция умножения сигнала на переводной коэффициент. 6 - терминал графика осциллограммы мощности. 7 - экспресс ВП сохранения данных

Необходимое число измерений экспериментальных исследований для адекватного отображения процесса с уровнем надежности 95% и ошибкой наблюдений не более 5 % составило 200 измерений. За расчетную частоту дискретизации выбрана частота встречаемости сучьев. Для обеспечения гарантированной достоверности и точности воспроизведения формы сигнала дискретизация записи процесса принята 10 Гц. При проведении производственного эксперимента в рабочем журнале наблюдений регистрировались следующие данные: номера опытов; диаметры бревен; время на рабочие ходы (пропилы), холостые возвратные движения, на повороты и поперечные перемещения; мощность в процессе пропилов, холостых возвратных движений, поворотов и поперечных перемещений.

Результаты экспериментальных исследований обрабатывались общепринятыми методами математической статистики с использованием компьютерного программного обеспечения.

В четвертой главе доказано, что процесс продольного пиления древесины в производственном эксперименте носит стационарный характер. Обосновано применение спектрального анализа к результатам эксперимента.

Для определения доли затрат мощности на пропил, холостое возвратное движение, поперечное перемещение и на повороты необходимо перейти от временного представления процесса продольного пиления в частотное. Также это решение применяется для выделения регулярных амплитудно-частотных составляющих случайного процесса мощности при пилении древесины содержащей сучки.

Методом K-средних проведена кластеризация пиломатериалов по высотам пропилов для нахождения амплитудно-частотных характеристик процесса лесопиления. На основе кластеризации выделены три кластера (группы) с близкими значениями дисперсии и следующими значениями высоты пропилов: I группа (13-29 см); II группа (30 - 40 см); III группа (42 - 56 см).

Для выделения частотных составляющих случайного процесса при пилении древесины содержащей сучки, вычислялись оценки математических ожиданий высот пропила, мощности и времени на пропил, диаметра сучьев и расстояния между ними в каждой группе высот пропилов. На основании вычисления частоты встречаемости сучьев, производилось сопоставление частот и амплитуд, полученных при спектральном анализе, и делались выводы о доле затрат мощности на пиление сучков в пропиле (рис.6)._

¡3 £»« Ы* У«« И«« f D - ö äü? jimu loch Symbol« ЩгеЬ н«р ® - г WB = •• е>п - э e s s ;= i=i .

"Г"«____

Сучья в пропиле F ■ ■ 0.149 Га А ж ОЛИ *Bs 1.6V.

Рисунок 6 - Фрагмент спектрального анализа пиления сучковой зоны I группы высот

пропила

Доля мощности в общем балансе цикла продольного пиления древесины на пиление сучков в пропиле I группы высот составляет 12,8 % (2,36 кВт), доля энергозатрат -2,14%.

Доля мощности в общем балансе цикла продольного пиления древесины на пиление сучков в пропиле II группы высот составляет 7,1 % (2,19 кВт), доля энергозатрат - 1,1 %. Доля мощности в общем балансе цикла продольного пиления древесины на пиление сучков в пропиле III группы высот составляет 4,7 % (1,91 кВт), доля энергозатрат - 0,62%. Определение частотных составляющих и оценка распределения мощности на повороты пиловочника и холостые возвратные движения в цикле продольного пиления выполнено на основе усреднения реализаций процессов с одинаковыми раскроями пиловочного сырья (рис.7). Доля вклада мощности поворотов на цикл продольного пиления пиловочника составляет 12,6 % (2,23 кВт), доля энергозатрат - 5,12%. Доля вклада мощности холостых возвратных движений на цикл продольного пиления пиловочника составляет 10 % (1,816 кВт), доля энергозатрат - 2,02 %. Доля вклада мощности поперечных перемещений на цикл продольного пиления пиловочника составляет 0,8 % (0,212 кВт), доля энергозатрат - 0,01 %.

древесины

В пятой главе представлен расчет экономической эффективность процесса производства пиломатериалов на лесосеке. Годовой экономический эффект от внедрения рекомендуемого процесса составляет - 2901,699 тыс. руб.

Выводы

1. Одним из наиболее обоснованных для оценки технологических процессов лесозаготовок является критерий энергетического характера, а именно удельная энергоемкость процесса.

2. Установлено, что суммарная удельная энергоемкость при производстве пиломатериалов на лесосеке у пня в 2,5 раза меньше, чем при производстве их на нижнем лесопромышленном складе и в 1,03 раза меньше, чем при производстве пиломатериалов на погрузочном пункте, при прочих равных условиях.

3. Наиболее энергосберегающим является технологический процесс производства пиломатериалов у пня и имеющий в этой связи наибольшую долю

энергоемкости (98,1%) на продольную распиловку. В связи с незначительной разностью значений по удельной энергоемкости и организационной сложностью производства пиломатериалов на лесосеке у пня целесообразно выполнять продольную распиловку на погрузочном пункте.

4. Минимизация удельной энергоемкости лесопиления в условиях лесосеки обеспечивается следующими факторами:

— размещением операций заготовки и обработки древесины в максимальной степени компактности у пня или стоящего дерева;

— снижением количества холостых ходов при продольном пилении;

— снижением количества поворотов пиловочника и перемещения полученных пиломатериалов;

— снижением площади сечений пропилов (суммарных высот пропилов);

— разработкой раскроев с соблюдением отмеченных требований (минимальной площадью сечений сучьев в пропилах, снижением количества поворотов пиловочника и перемещения полученных пиломатериалов и пр.).

5. Результаты моделирования раскроев хлыстов на сортименты и пиломатериалы на основе комплексного критерия позволяют рационально обосновать максимальный выход сортиментов и пиломатериалов при минимальных затратах энергии на их производство в условиях лесосеки. При планировании оптимального раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы имеется эффект: для пиловочника 22 см - 0,087 кВт-ч/м3; для пиловочника 26 см - 0,192 кВт-ч/м3; для пиловочника 32 см - 1,958 кВт-ч/м3.

6. Результаты экспериментальных исследований процесса продольного пиления древесины в условиях предприятия определили следующие выводы:

6.1. Случайный процесс, характеризующий продольное пиление древесины, является стационарным и к нему применимы стандартные методы спектрального анализа.

6.2. На основе кластеризации выделены 3 группы со следующими значениями высот пропила: I группа (13-29 см); II группа (30 - 40 см); III группа (42-56 см).

Доля мощности в общем балансе цикла продольного пиления древесины на пиление сучков в пропиле I группы высот составляет 12,8 % (2,36 кВт), доля энергозатрат - 2,14 %.

Доля мощности в общем балансе цикла продольного пиления древесины на пиление сучков в пропиле II группы высот составляет 7,1 % (2,19 кВт), доля энергозатрат - 1,1 %.

Доля мощности в общем балансе цикла продольного пиления древесины на пиление сучков в пропиле III группы высот составляет 4,7 % (1,91 кВт), доля энергозатрат - 0,62 %.

Доля вклада мощности поворотов на цикл продольного пиления древесины составляет 12,6 % (2,23 кВт), доля энергозатрат - 5,12 %.

Доля вклада мощности холостых возвратных движений на цикл продольного пиления древесины составляет 10 % (1,816 кВт), доля энергозатрат - 2,02 %.

Доля вклада мощности поперечных перемещений на цикл продольного пиления древесины составляет 0,8 % (0,212 кВт), доля энергозатрат - 0,01 %. Суммарная доля энергозатрат по составляющим цикла лесопиления, которые могут быть использованы для поиска решений обеспечивающих повышение

энергоэффективности, составляет 11,01%.

6 3 Результаты экспериментальных исследований показали значимость факторов потребляемой мощности на пиление сучьев и повороты пиловочника и определили целесообразность разработки энергоэффективных схем раскроя с минимизацией количества и площади сечений сучьев в пропиле, а также расстояния поворотов пиловочника при распиловке в условиях лесосеки.

7 Экономическая эффективность внедрения рекомендуемого процесса составила: по удельным эксплуатационным затратам - 41,7 руб./м ; по удельным приведенным затратам - 40,47 руб./м3; по годовому эффекту - 2901,699 тыс. руб.; прирост прибыли за счет снижения эксплуатационных затрат в результате внедрения предполагаемого варианта - 2310,95 тыс. руб.

Публикации по диссертационной работе Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1 Якимович, С.Б. Оптимизация раскроев на сортименты и пиломатериалы в условиях лесосеки / С.Б. Якимович, Ю.В. Ефимов // Лесной вестник. - 2008. -№6.-С. 125-129.

2 Якимович, С.Б. Экспериментальная оценка распределения мощности по составляющим цикла продольного лесопиления на основе амплитудно-частотных характеристик/ С.Б. Якимович, Ю.В. Ефимов// Лесной вестник. - 2013. - №1. -С. 185-191.

Патент на изобретение:

3 Пат 2312489 Российская Федерация, МПК А 01 G 23/083, А 01 G 23/081. Лесной комбайн для переработки стоящих деревьев на сортименты / Якимович С Б Ефимов Ю.В., Морозов Е.А.; заявитель и патентообладатель Мариискии гос. техн. ун-т. -N 2006118080/12; заявл. 25.05.06; опубл. 20.12.07, Бюл. N35.

Публикации в других изданиях

4 Ефимов, Ю.В. Методика расчета эксплуатационных параметров лесного комбайна / Ю.В. Ефимов, А.Н. Невашев, A.M. Мартынов // Научному прогрессу - творчество молодых: сб. материалов науч. конф. по естественнонаучным и техническим дисциплинам. Йошкар-Ола. - 2007. - С. 125.

5 Ефимов Ю.В. Обоснование технико-эксплуатационных параметров лесного комбайна для производства сортиментов и пиломатериалов / Ю.В. Ефимов// Актуальные проблемы лесного комплекса: сб. науч. тр. В. 18. - Брянск: ЫИ1А.

-2007.-С. 17-20. _ .

6 Ефимов Ю.В. Оценка энергоемкости процесса продольной распиловки / Ю В Ефимов, Н.В. Васильева // Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы 7 Международной научно-практической конференции., г. Новочеркасск, 7 апреля 2008г.:В 2ч./Юж.-Рос. гос. техн.ун-т (НПИ).- Новочеркасск: Лик.-2008.-4.2.-С. 20-22.

16

!Á

7. Гневашев, A.H. Лесной комбайн / Гневашев А.Н., Мартынов A.M., Ефимов Ю.В. Научный руководитель: Якимович С.Б., д.т.н., профессор // Научному прогрессу - творчество молодых: сб. материаловмеждународной конф. по естественнонаучным и техническим дисциплинам. Йошкар-Ола, МарГТУ. - 2008.

-С. 84-85. ..„

8 Ефимов, Ю.В. Мобильный лесопильный модуль / Ю.В. Ефимов // Научному прогрессу - творчество молодых: сб. материаловмеждународной конф. по естественнонаучным и техническим дисциплинам. Йошкар-Ола, МарГТУ. - 2008. - С. 94-95.

9 Ефимов Ю В. Методика и результаты эксперимента продольного пиления пиловочного сырья / Ю.В.Ефимов, Е.А. Колесникова, Научный руководитель: Якимович С.Б., д.т.н., профессор // Научному прогрессу - творчество молодых: сб материалов международной конф. по естественнонаучным и техническим дисциплинам. Ч.З. Йошкар-Ола, МарГТУ. - 2009. - С. 97-99.

10 Якимович, С Б. Возможности снижения удельной энергоемкости при производстве пиломатериалов на лесосеке / С.Б. Якимович, Ю.В. Ефимов // Актуальные проблемы лесного комплекса/ Под ред. Е.А.Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 22. - Брянск: БГИТА. - 2009. - С. 227-228.

И Ефимов Ю.В. Измерительный шлейф на основе Lab VIEW / Ю.В. Ефимов // Актуальные проблемы лесного комплекса / Под ред. Е.А.Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 22. - Брянск: БГИТА. - 2009. - С. 246-247.

12. Ефимов, Ю.В. Технология получения пиломатериалов на лесосеке / Ю.В. Ефимов // Актуальные проблемы лесного комплекса / Под ред. Е.А.Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 22. - Брянск: БГИТА. - 2009. - С. 186-188.

13. Ефимов, Ю.В. Оценка эффективности лесопиления в условиях лесосеки по критерию удельной энергоемкости / Ю.В. Ефимов// Отраслевые аспекты технических наук. Издательство ИНГН. № 12. - Москва. - 2012. - С. 67-70.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37, Ученому секретарю диссертационного совета Куцубиной Н.В. Факс: (343) 262-96-38. E-mail: bsovet@usfeu.ru

Подписано в печать 20.10.2014 г. Объем 1,0 п.л. Тираж 100. Заказ № 114 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37. Уральский государственный лесотехнический университет. Отдел оперативной полиграфии.