автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование параметров оборудования многооперационных машин при сортиментной заготовке древесины

На правах рукописи

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ МНОГООПЕРАЦИОННЫХ МАШИН ПРИ СОРТИМЕНТНОЙ ЗАГОТОВКЕ ДРЕВЕСИНЫ

05.21.01. — Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

о

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2006

Работа выполнена на кафедре технологии лесозаготовительных производств Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Патякин Василий Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кочпев Александр Михайлович, СПбГЛТА

кандидат технических наук Досмаев Владимир Николаевич, ОАО «Промимпэкс»

Ведущая организация: Петрозаводский государственный университет

Защита диссертации состоится « 20 » декабря 2006 г. в « » часов на заседании диссертационного Совета Д.212.220.03 при Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С.М. Кирова (194021, Санкт-Петербург, Институтский пер. 5, главное здание, зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии

Автореферат разослан « 17 » ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Т.М. Анисимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Усиливающаяся конкуренция и все более жесткие требования, предъявляемые к качеству продукции вг услуг, вызывают необходимость нововведений и применения новых машин и технологий в лесной промышленности.

Одной из новых технологий разработки лесосек является сортиментная технология, и она становится все более популярной. Эти тенденции способствуют более широкому использованию машин для сортиментной технологии в странах, в которых основная доля древесного сырья заготавливается в естественных насаждениях (Россия, США, Канада). Машины для сортиментной технологии все больше эксплуатируются на рубках главного пользования. В настоящее время в качестве основного машинного комплекса для заготовки сортиментов в условиях лесосеки широко применяются валочно-сучкорезно-раскряжевочные машины (ВСРМ) - харвестеры.

Производительность машин для лесосечных работ зависит от большого числа факторов, которые можно свести в следующие основные группы: лесорасгительные и природные (средний объём хлыста, ликвидный запас леса на 1 га, породный состав насаждений и др.); способ выполнения операций, надежность машины и ей технологического оборудования и др.; технологические (размер и конфигурация лесосек, совершенство схем разработки лесосек и др.); технические параметры машин (мощность двигателя, скорость, ширина захвата, грузоподъёмность и др.); совершенство технической и производственной эксплуатации машины (квалификация оператора, совершенство технологического оборудования и др.). Существенное влияние на производительность машины оказывает ее технологическое оборудования.

Парк лесозаготовительных машин в России пополняется с каждым годом. Их технологическое оборудование сильно различается по основным техническим характеристикам. Зачастую ВСРМ не способны соответствовать лесоводствснным нормам и правилам при проведении рубок главного пользования в связи с тем, что нет рационального обоснования основных параметров технологического оборудования машин, для обеспечения необходимой досягаемости деревьев и грузоподъемности при разработке лесосек. _

В связи с этим исследования направленные на обоснование основных параметров технологического оборудования машин для повышения эффективности работы при сортиментной заготовке древесины на сплошных рубках являются актуальными.

Цель работы. Повышение эффективности освоения лесосек при проведении сплошных рубок главного пользования с использованием машин для заготовки сортиментов путем обоснования параметров их технологического оборудования, обеспечивающих соответствие лесоводственным требованиям.

, Объект исследований. Технология лесосечных работ с применением различных технологических процессов и оборудования на харвестерах отечественного и импортного производства в условиях средиетаежных лесов Республики Коми.

Научная новизна. Разработаны математические модели, описывающие техно- . логический процесс лесосечных работ при сплошных рубках многооперационными машинами для заготовки сортиментов с учетом обеспечения досягаемости деревьев при эффективной грузоподъемности манипуляторов, позволяющие обеспечить выполнение лесоводственных требований, а также проводить выбор оптимальных параметров технологического оборудования ВСРМ с целью повышения их производительности.

Научные положения выносимые на запилу.

1. Возможность получения статистических данных об объеме древостоя в условиях средней тайги с использованием программного обеспечения, установленного на ВСРМ.

2. Математическая модель лесного фонда как материального пространства с распределенным по его площади древостоем.

3. Математическая модель оптимальной формы рабочей зоны манипулятора харве-стера на стоянке.

4. Перспективные технологические схемы разработки лесосек с применением сортимента ых лесозаготовительных машин. ■

5. Регрессионная модель зависимости производительности ВСРМ от времени цикла валки и раскряжевки дерева, а также параметров предмета труда,

6. Математическая модель зависимости ширины разрабатываемой пасечной ленты от параметров установленного технологического оборудования (манипулятора и харвестерной головки).

Достоверность научных положений обеспечивается современными средствами научных исследований, базирующихся на положениях и методах математической статистики, а также результатами проведенных экспериментальных исследований в производственных условиях и подтвержденной адекватностью полученных моделей за счет хорошей сходимости экспериментальных и теоретических данных.

Значимость для теории и практики. Разработанные математические модели развивают теорию технологических процессов лесосечных работ, что вносит определенный вклад в науку о лесе, позволяют выбирать оптимальные параметры технологического оборудования многооперационных машин для сортиментной заготовки леса при проведении рубок главного пользования, с обеспечением соблюдения лесово-дственных требований и повышения эффективности разработки лесосек.

Апробация работы. Результаты обсуждались на межрегиональных и республиканских научно-технических конференциях в Коми Республиканском научном центре Уральского отделения Российской Академии Наук, а также в Сыктывкарском Лесном Институте (филиал Санкт-Петербургской Лесотехнической Академии им. С.М. Кирова) 2003-2005 г.г.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в ОАО «Монди Бизнес Пейпа Сыктывкарский ЛПК».

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано б печатных работ. Основные положения диссертации отражены в научных отчетах кафедры «Технологии лесозаготовительных производств» СПб ГЛТА им. С.М. Кирова, а также кафедры «Машины и оборудование лесного комплекса» С ЛИ (филиал СПб ГЛТА им. С.М. Кирова).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем работы 149 с. Диссертация содержит 48 рисунков, 29 таблиц, Список литературы содержит 177 источник.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, научная новизна, основные положения, выно -

симые на защиту, а также научная и практическая значимость.

В первом разделе проведен анализ состояния вопроса, сформулированы цель и задачи исследований.

Рассмотрено состояние лесопромышленного комплекса России в настоящее время, приведена лесоводственно-технологическая классификация сплошных рубок главного пользования, особенности их применили с использованием ВСРМ, а также рассмотрена классификация и обзор современных лесосечных машин и их технологического оборудования различных производителей. Вопросам технологии и машинами дня разработки лесосек с применением многооперационных ВСРМ для заготовки сортиментов посвящены работы Г.М. Анисимова, В.И. Патякипа, А.М. Кочнева, В.Н. Меньшикова, Ю.А. Ширнина, В .А. Александров, А.З. Жукова, В А. Азарешса, Э.Ф. Герца, А.В. Мехренцева, Г.М.Ушакова, B.C. Сюнева, Ю.Ю.Герасимова, К.П. Руко-мойникова и др. Анализ работ показал, что исследований, направленных на повышение эффективности освоения лесосек при проведении сплошных рубок главного пользования с использованием машин для заготовки сортиментов с учетом параметров их технологического оборудования, обеспечивающих соответствие лесоводствен-ным требованиям, проведено недостаточно. По результатам анализа литературных источников и в соответствии с целью диссертационной работы сформулированы задачи исследований:

, 1. Провести анализ применения современных средств компьютерного моделирования и геоинформационых систем (ТИС) для оценки и прогнозирования изменений параметров древостоя, а также для планирования проведения лесосечных работ.

2. Разработать математическую модель для описания лесного фонда как материального пространства с распределенным по его площади древостоем..

3. Разработать математическую модель оптимальной формы рабочей зоны манипулятора харвестера на стоянке.

4. Рассмотреть различные перспективные технологические схемы движения ВСРМ на лесосеке в условиях сплошных рубок.

5. На основе рассмотрения различных моделей технологического оборудования ВСРМ разработать математические модели для обоснования расстояний между рабочими стоянками харвестера и рациональной ширины пасечной ленты для условий сплошных рубок.

6. Провести экспериментальные исследования в производственных условиях для получения данных об адекватности разработанных математических моделей.

7. Определить продолжительность, затраты энергии на выполнение технологических операций и на основании применения теории графов провести их оптимизацию. '

8. Разработать математическую модель производительности процесса лесозаго--товки сортиментными многооперационными машинами в условиях сплошных рубок. - ..........•

9. Обосновать выбор параметров технологического оборудования многооперационных машин для обеспечения досягаемости при заданных критериях грузоподъемности и соблюдении лесоводственных требований.

■ Во втором разделе рассматривались параметры предмета труда. За основу определения объемов хлыста использовалось уравнение серединного диаметра хлыста предложенные B.C. Петровским:

V-2&-. О)

4

где ¿>о,5 - диаметр дерева на середине хлыста, м; Н - длина хлыста, м.

Рассмотрена методика определения геометрических параметров предметов труда с использованием программного обеспечения Timbermatic 300 и SilviA, установленные на харвестере John Deere 1270D.

Произведено моделирование технологических процессов лесосечной машины с использованием харвестера для сплошных и выборочных рубок. Целью моделирования является определение продолжительности и затраченной энергии на выполнения операций, а также определение количества расходованного топлива при разной скорости выполнения операций, с указанием погрешности вычислений.

Технологический процесс валки дерева можно разложить на следующие операции: Движение лесосечной машины —> Наведение харвестерной головки (ХГ) к стволу дерева —► Опускание ХГ к шейке корня —» Захват дерева —» Пиление ствола дерева —* Сталкивание дерева с пня —► Падение ствола с кроной —» Подвод ХГ с деревом на середину волока —» Протяжка для откомлевки —* Откомлевка —» Подвод ХГ с деревом к месту раскряжевки —» Протяжка и очистка ствола дерева от сучьев —* Распиловка —♦ Протяжка и очистка ствола дерева от сучьев —► Распиловка —► Сортировка —» Протяжка и очистка ствола дерева от сучьев —» Распиловка —► Перемещение ХГ с вершинной частью дерева и ветками на середину волока —► Протяжка вершины —* Распиловка —» Протяжка вершины —* Распиловка —► Возврат ХГ в исходное положение.

Определение затрат энергии, на примере захвата ствола дерева харвестерной головкой, сводится к определению энергии затрачиваемой при захвате дерева четырьмя сучкорезными ножами и двумя вальцами.

A = )dA = )pdx, (2)

о о

х

■ чиж.нож. ' л виды|.) ^^ ' D

(4)

^«альца ~~ ^мица ' ^«um^I »

где F„pi. паж_ J^mac. Кож, Ряиьк - сила прижима верхних сучкорезных ножей к дереву, нижних сучкорезных ножей и вальцов к дереву, Н; Р - давление рабочей жидкости внутри цилиндрах, Па; Sm/u. „0ж. • Smac. «ож, Stm» — площадь поршня за вычетом площади штоков цилиндров верхних сучкорезных ножей к дереву, нижних сучкорезных ножей и вальцов к дереву, м2. Значение затрат энергии, мощности, расхода топлива и другие при валке, очистке ствола от сучьев и раскряжевке дерева объемом V=0,31 м3, состоящего из трех сортиментов, приведены в табл. 1. Нелинейность зависимости скорости и времени технологической операции протяжки сортамента объясняется тем, что данная операция рассматривалась как сложный процесс, включающий фазу разгона, самой протяжки, торможения и поиска «окна пропила».

Анализ экспериментальных данных проводился с использованием следующего: программного обеспечения: система измерения и контроля Timbermatic 300, система управления базовой машины и манипулятором Total Machine Control (IMC), система мониторинга за работой и техническим состоянием машины TimberLink, установленных на харвестере John Deere 1270D.

Таблица 1

№ Название операции S, V, ■ t, А, N, qxeop. q практ, д

п/л м м/с с Дж ' Вт кг кг %

1. Движение лесосечной машины 2,0 0,5 4,0 114135 28534 0,0070 0,0073 4,3

2. Паведогие ХГ к стволу Дерева 6,0 0,8 '8,0 344965 43121 0,0180 0,0186 '3,6

3. Опускание ХГ к месту опиливания 1,7 0,9 1,9 29541 15548 0,0015 0,0026 41,7

4. Захват ствола дерева ' . . 0,8 48448 60560 0,0025 0,0026 4,2

5. Пиление ствола дерева 0,3 0,2 1,5 75380 50253 0,0059 0,0061 3,3

6. Сталкивание дерева с пня 0,5 0,5 1,1 40129 51896 0,0021 0,0022 3,4

7. Падение дерева 25,0 8,3 3,0 80038 _ " 0,0042 0,0042 .

8. Подъем ХГ со стволом на 1,7 м 1,7 0.7 2,4 84931 35388 0,0044 0,0046 3,1

9. Транспортировка ХГ на волок 6,0 0,4 14 478131 34152 0,0249 0,0242 2,7

10. Протяжка для откомлевки 0,4 2,0 0,8 88000 110000 0,0034 0,0033 4,7

И. Пиление ствола дерева (огкомлевка) 0,3 0,3 1,3 65329 50253 0,0051 0,0053 3,3

12. Транспортировка ХГ к месту раскряж. 2,5 0,3 8,0 209689 44575 0,0108 0,0113 4.2

13. Опускание ХГ на 1 м к месту раскряж. 1,0 0,5 1,9 29541 15548 0,0015 0,0026 41,7

14. Протяжка первого сортимента 4,1 4,0 2,5 278300 110000 0,0109 0,0104 4,7

15. Пиление первого сортимента 0,3 0,3 0,9 45228 50253 0,0035 0,0037 0,0

16. Протяжка второго сортимента 4,1 4,0 2,5 253250 100000 0,0099 0,0104 4,8

17. Пиление второго сортимента 0,2 0,4 0,6 30152 50253 0,0024 0,0024 0,0

18. Сортировка 1,0 1,0 1,0 16574 16574 0,0009 0,0015 41,5

19. Протяжка третьего сортимента 1,1 4,0 2,5 240113 95000 0,0094 0,0098 4,6

20. Паление третьего сортимента 0,2 0,7 0,4 17589 50253 0,0014 0,0014 0,0

21. Транспортировка ХГ на волок 2,5 0,4 7,0 195842 51433 0,0102 0,0106 4,0

22. Протяжка вершины 1,0 4,0 0,9 80750 95000 0,0032 0,0033 4,1

23. Пиление вершины 0,2 0,9 0,3 12563 50253 0,0010 0,0010 0,0

24. Протяжка вершины 1,0 4,0 0,9 80750 95000 0,0032 0,0033 4,6

25. Пиление вершины 0,1 0,7 0,2 10051 50253 0,0008 0,0008 0,0

26. Раскрытие ХГ _ _ 0,8 48448 60560 0,0025 0,0026 3,6

27. Поднятие ХГ в начальное положение 0,5 20347 40694 0,0011 0,0011 3,7

28. Подъем ХГ па 1 м 1,0 0,5 2,0 55390 27695 0,0029 0,0030 3,6

Итого - 71,6 3073604 " 0,1543 0,1602 7,4

Третий раздел посвящен анализу применения современных средств компьютерного моделирования и геоинформационых систем (ГИС), а также математическому моделированию технологических процессов освоения лесосек многооперационными машинами для сортиментрой заготовки древесины при сплошных рубках глав-

ного пользования. Анализ таксационных параметров позволяет обеспечить прогноз объемов лесозаготовок с данной лесосеки. При этом наиболее эффективным в деле мониторинга и коммерческой оценки участков лесного фонда является применение технологий с использованием геоинформационных систем.

Разработка новых прогрессивных технологий и способов воспроизводства лесных ресурсов на основе внедрения ГИС-технологий является одним из приоритетных направлений подпрограммы «Леса» Федеральной целевой программы «Экология и природные ресурсы России (2002-2010 годы)». Использование ГИС в лесном хозяйстве позволяет работать с источниками табличной и картографической информации для создания единой оперативно обновляемой базы данных лесного фонда. Применение цифровых таксационно-картографических материалов дайт возможность составлять запросы на подбор участков лесного фонда, проводить их анализ, и проектировать ле-сохозяйственные мероприятия. Визуальное отображение отобранных участков на цифровой карте и распечатка её фрагментов в заданном масштабе значительно упрощает процесс формирования лесосечного фонда (рис. 1).

Рис. 1. Фотография лесного фонда со спутника с нанесенной квартальной сеткой

1 - квартальная сетка 4 - хвойные лесонасаждения

2 — лесовозная дорога 5 — вырубленные делянки

3 - лиственные лесонасаждения 6 - масштаб фотографии

Цифровые таксационно-картографические материалы формируются на основе результатов обработки материалов аэро- и спутниковой фотосъемки лесных территорий. Космический взгляд на лесные районы страны позволяет применить новый подход к моделированию лесосечного фонда и технологических мероприятий по обеспечению его эффективного и устойчивого функционирования.

В связи с высокой многоэлементностью и достаточной однородностью лесных массивов предлагается применить математическую теорию множеств для описания лесного фонда на макроэкономических уровнях, как материального пространства с распределенным по его площади древостоем. Для определения удельного запаса древесины на участке обозначим запас древесины '¿(¡) по у-му участку с определенным

запасом спелого древостоя и, соответственно, площадью А ф, где количество участков с определенным классом бонитета] ~ 1,...,ЛГ. Тогда удельный запас древесины на .¡-ом участке определится следующим образом:

*0-) = 2(у)/ЛС/) (6)

Следовательно, расчетную схему лесосеки, включающей N участков с определенным классом бонитета, можно наглядно представить в виде графической диаграммы Эйлера-Венпа (рис. 2).

При этом объединение или наложение областей на их пересечениях приводит к образованию новых множеств: Еа =£¡1/ £,; Е13-Е1 I/ Ег; Еа=Еги Е3;

Ет = Е, I/ Ег I! Е,,с соответствующими общими удельными запасами древесины г,:

г,2 = г(1) + г(2); г13 = г(1) + г(3); ги = г(2) + г(3); = г(1) + г(2) + г(3). (7)

Таким образом, общий удельный запас древесины на новом /-ом участке определяется по формуле:

к

= X гО') > (8)

где к- число наложенных элементарных множеств ¿}.

Затем произведено моделирование рабочей зоны харвестера на стоянке. Для этого определим оптимальную рабочую зону £> вокруг точки стоянки харвестера О. В первую очередь найдем форму кривой 5, образующей контур области Д при условии максимального объема заготовки древесины с данной области. Принимаем следующие исходные данные и допущения: поверхность делянки, покрытая древостоем разнообразного класса бонитета, моделируется горизонтальной плоскостью ХОУ, загруженной неравномерно распределенной весовой нагрузкой с известной интенсивностью м(х,у), аналогичной удельному запасу древесины гф на участке. На данной плоскости известна кусочно-гладкая кривая с характерными точками и 5а входящая в искомую кривую 5.

Введем функцию

У(х,у) = ¡р(х,у)<&, (9)

Тогда, в соответствии с формулой Грина имеем:

= \У0у, (10)

а и г

где контур Г состоит из кривой 5 (включая кривую Эп с характерными точками и 5У, которая задается параметрически

Х = (11) У = У(г),1

После замены, подстановки и интегрирования получаем:

¡¡Мх.у)<Ь<}у ~'\У(х,у) у с!т + К. (12)

о г0

Здесь К - интеграл вдоль заданного участка кривой Зп> имеющий известное значение.

В соответствии с правилами вариационного исчисления, задача сводится к нахождению максимума функционала

Js = ¡У(х,у) у <1т , (13)

го

при условии, что + у1) Лт = I вп . (14)

Введем вспомогательную функцию:

Г = Уу+ Л^(хг + у1) , (15)

и, воспользовавшись вейерштрассовой формой уравнения Л.Эйлера, получаем

8У Р 1 р р =о у =■-£- =_-__П6}

Таким образом, основное уравнение Эйлера в форме Вейерштрасса будет иметь

вид:

Ч^' ^

г Я ах

а после подстановки выражения для функции У(х,у) искомое уравнение кривой 5 с радиусом г при произвольной постоянной X принимает окончательный вид:

г X

Следовательно, кривизна кривой к=1/г пропорциональна величине распределенной весовой нагрузки с интенсивностью ц(х,у).

В случае, когда на плоскости ХОУ, кривизна искомой кривой постоян-

на, а экстремалями в данном случае являются окружности, приводящие к максимуму функционала ^ Таким образом, при однородных характеристиках древостоя оптимальной зоной работы харвестера, приводящей к максимальному объему лесозаготовок, будет круг или его часть.

Выбор рационального способа разработки лесосеки, состоящей из пасек и полупасек, приведено на рис. 3 и 4.

Рассмотрим три способа разработки лесосеки по схеме №1 (рис. 3): 1. Поступательное движение харвестера вперед с шагом А (И^Изтв), тогда ширина пасеки с учетом предстоящего движения харвестера по смежной полупасеке составит ■С = 2Ь+3, площадь разработанного участка из двух полупасек со стоянки к определяется как:

(19)

(20) (21)

(22)

(23)

(24)

3. Традиционное поступательно-возвратное движение харвестера (вперед на шаг А: с

т.О' на т.О; и обратно на полшага А/2, тогда ( = 2[Ь + £],

03(*г)« 2[С1„ + П„] = {Я2 81П(0) [1 , (25)

т13=А*В/£Щк) = АфВ/'21С1в+Пг], (26)

13=2А*т,3=2Л*Я/Д[1-^5|^]. (27)

Аналогично рассмотрим способы разработки лесосеки по схеме №2 (рис. 4):

1. Поступательное движение харвестера вперед с шагом А (Ь=2Лзт0) с разработкой площади брутто и доработкой «мертвой зоны» при движении по смежной полупасеке, тогда ширина пасеки с учетом предстоящего движения харвестера по смежной полупасеке составит € = 2Ь+6, площадь разработанного участка из двух полупасек со стоянки:

к - 01(А) = 2П + П„ = 2Я1 ¡¡т(20) + 2«2 8т(0) * [1 - с(к(6>)] = 2П2 8т(0)[1 + со5(6>)], (28) число стоянок:

тп = ЛЯ/П/(*) = Л*Я/[20 + П„], (29)

4 =А*«21 =/1*Я/{Л[1 + со.ч(61)]}. (30)

2. Поступательное движение харвестера вперед с шагом А с разработкой площади нетто, тогда ширина пасеки с учетом предстоящего движения харвестера по смежной полупасеке составит { = 2Ь, площадь разработанного участка со стоянки:

* - П2(*) = 2С1 = 2йг 5ш(2<9) , (31)

число стоянок:

тп=А* В/П2(к) = Л'В/20 = Л*В/21{1 аЩ2в), (32)

£г =А*ти =Л*В/{ 2Ясо!*(9)}. (33)

П1(*) = 2П + П„ = Д2 8т(20) + Л2 8т(й>)[1 - сов(0] = Л2 8т(6>)[1 + соз(0)], число стоянок:

тп=А*В/С11(к) = А*В[ 2П + П„], Ь, =к*т„ = * £ /{Я[1 + С05(6>)]>.

2. Поступательное движение харвестера вперед с шагом А, тогда I = 2Ь\

П2(*) - 2С1 - Дг вт(20), тп -А*В/02(к) = А*В12С1 = А*В1Я2ъЫ2в), =А*т]2 = Л*.В/{Лсо8(#)}.

Рис. 3. Рациональная схема лесосеки на стоянки №1

Рассмотрим пример использования харвестера компании "John Deere" (модель 1270D с манипулятором, максимальный вылет стрелы R = b^ = 11,5 м, а максимальный угол фронта лесопиления у = 220° или в^ = 20°) для разработки полупасеки по схеме №2. Для указанных параметров максимальный шаг харвестера =

IRsinfe^J = 2*11,5*0,342 = 7,87 м.

Из практических соображений, исходя из точности регистратора движения харвестера (е = 1,0 м), точность заданного перемещения и координат стоянок харвестера (без предварительной разметки) принимается равной 1,0 м, тогда h = 7,0 м и (9 = arc-sin (h/lR) = arcsin (7,0/2* 11,5) = 17,7°, что меньше вта, = 20°. То же, для условий схемы №1: h = 7,0 м и 9 = arcsin (h/R) = arcsin (7,0/11,5) = 37,5°.

Параметры полупасеки для двух Схем №1 и №2 при вариации шага h, кратного 1,0 м, и угла в приведены в табл. 2.

Табличные данные при максимальном вылете стрелы манипулятора Л = 11,5 м, представлены на рис. 5. Здесь пунктиром обозначены кривые для схемы №1, а непрерывными линиями — для схемы №2. Данные рис. 5 и табл. 2 подтверждают эффективность схемы >&2 в сравнении со схемой №1, особенно при длинном шаге h (более 3-4 м).

П.М2 b н

Рис. 5. Графики зависимости вылета манипулятора Ь и площадей П и П„ от шага (расстояние между стоянками) харвестера И

Таблица 2

Параметры полупасеки для схем Jfel и №2 разработки лесосеки_

№ схем Исходные данные Полупасека Расчетные площади

R, м h, M 0 Ь, м S, м Пв, м2 a M* Пп.М2 % «потерь»

Схема Ж

1 11,5 1,0 5 11,5 0,04 11,s 11,5 0 0,4

1 11,5 2,0 10 11,3 22,8 22,6 0,3 1.5

1 11,5 3,0 15 11,1 0,4 33,8 33,1 1Л 3,5

1 11,5 4,0 20,5 10,8 0,7 45,3 43,4 2,9 6,8

1 11,5 5,0 26 10,3 ia 56,1 52,1 5,9 lu

Продолжение таблицы 2

1 11.5 6,0 31,5 9,8 1,7 65,8 58,9 10,2 17,3

11,5 7,0 37,5 9,1 2,4 75,2 63,9 16,6 26,0

11,5 ■ 8,0 44 8,3 3 л 83,8 66,1 25,8 39,0

1 11,5 9,0 51,5 7,2 4,3 91.6 64,4 39,1 60,6

1 10 6,0 37 8,0 2,0 56,3 48,1 12.1 25,2

1 9,7 6,0 38 7,6 2,1 54,0 45,6 12,3 26,9

9 5,0 34 7,5 1,5 42,8 37,5 7,7 20,6

1 8 5,0 39 ' 6,2 1,8 37,4 31,3 9,0 28,7

1 7,5 5,0 ■ 42- 5,6 1,9 34,6 28,0 9,7 34,5

1 6 4,0 42 4,5 ■ 1,5 22,1 17,9 6,2 34,5

Схема №2

2 11,5 1,0 2,5 11,5 0,01 11,5 11,5 0,0 0,1

2 • 11.5 2,0 5 • 11,5 0,04 23,0 23,0 0,1 0,4

2 11,5 3,0 7,5 11,4 0,1 34,4 34,2 0,3 - 0,9

2 ■ 11.5 4,0 10 11.3 ■ 0,2 45,7 45,2 0,7 1,5 2,4

2 11,5 5,0 12,5 11,2 о,з 56,8 55,9 1,4

2 11,5 6,0 15 11.1 0,4 67,7 66,1 2,3 3,5

2 11,5 7,0 17,7 11,0 0,5 79,1 76,6 3,8 5,0

2 10 6,0 ' 17,6 9,5 0,5 59,5 57,6 - 2,8 4,9

2 9,7 6,0 17,9 9,2 0,5 56,9 55.0 2,8 5,1

2 9 5,0 16 8,7 0,35 44,1 42,9 1.7 4,0

2 8 5,0 18,3 7,6 0,4 39,5 38,2 2,0 5,3

2 7,5 • 5,0 19,5 7,1 0,4 36,8 35,4 2,2 6,1

2 6 4,0 19,5 5,7 0,35 23,6 22,7 1,4 6,1

В четвертом разделе выполнено экспериментально-теоретическое исследование работы харвестеров. Эксперимент проводился на территории лесфонда ОАО «Монди Бизнес Пейпа Сыктывкарский ЛПК» Сысольского и Усть-Куломского районов Республики Коми. Для проведения эксперимента использовалась ВСРМ ТипЬецаск 12700.

Установлены законы распределения и статистические закономерности распределения диаметров деревьев лесного фонда в условиях Республики Коми, скоростей движения ВСРМ при выполнении технологических переездов с одной стоянки на другую, скоростей движения технологического оборудования ВСРМ при выполнении технологических операций. В результате обработки экспериментальных данных подобраны уравнения регрессии, выражающие зависимость производительности от времени выполнения технологических операций и объема хлыста. Идентификация законов распределения позволила принять гипотезу о том, что продолжительности циклов и их элементов распределяются по нормальному закону.

На основании применения теории графов проведен анализ продолжительности и затрат энергии на выполнение технологических операций. Данный анализ позволяет наглядно оценить продолжительность циклов выполнения технологических операций, оценить возможность совмещения, исключить их дублирование, а также рассмотреть возможности сокращения временных и энергетических потерь при выполнении данных операций. -' ■ , : '

Представим технологический процесс валки дерева в виде сетевой модели (графа), состоящей из вершин и дуг, соединяющих соответствующие вершины графа. При этом вершины графа будут отображать операции, а дуги графа отображают связи между соответствующими операциями.

«бУ1 т',

кч

из с

д»г»а-1»

11.5 с

ачиднми

гетапта-т

1М5

<11)' -1(19)

<М>

(21)

Рис. 6. Граф времени при последовательном выполнении операций

^ДО)_

'«О

<4)

<5)

П™(7-11) 133 е

((12Д344)

1эт»пд^) ФЯ 15/» с

Ш этт (12-20) 14,9«

КМ)

1УуШ1(21-38) 113 с е(27,28)1<25)<23)

<—<сс-

1(1849)

Д15)

\'1<17) >

1420)

1(26)1(24) »(21,22) Рис. 7. Граф времени ори совмещении операций

ч£>); чСН)(|

■т',1

ч(1)

т

' IV ИИ (Д-28)

»*> 25,71

Ч®

Я>Ат

Ф)

ЧЙ 40)

чСМ) «О»

ШяшПМШ »¿г

т

чащ чм>

чМ

4«

Пижгг-т арт

«1«) ЧС2)

чР)

чМ

401)

чад

ч№ Ч<") 4(15)

Рис. 8. Граф расхода топлива при последовательном выполнении технологических операций

4(27.28) 4(26)

Я(24)

4(1)

IV этап (21-28) 25.7 г

1 этап 0-6) 39,4 г

£<£=139,61

ЧРАЯ.Ю)

П им (7-11) 41,6г

4(21.22)

Ш этап (12-20) 53,5 г

4(")

9(18,19)

4(16)

<—<

4(12.13,14)

4(20) 9(17) я(15)

Рис. 9. Граф расхода топлива при совмещения технологических операций

На рис. 6 и 7 изображены графы времени выполнения технологических операций, где <(1), /(2), ..., г(28) - вершины графа, а ребрами графа является время выполнения технологических операций, выполненные в масштабе.

Цикл валки дерева разделили на 4 этапа: I этап - включает в себя время технологических операций с 1-6 - цикл валки дерева. П этап - влгочает в себя время технологических операций с 7-11 — цикл подготовки дерева к раскряжевке па сортименты заданной длины. Ш этап - включает в себя время технологических операций с 12-20 -цикл раскряжевки дерева на сортименты заданной длины. IV этап - включает в себя время технологических операций с 20-28 - цикл возврата харвестерной головки в исходное положение на середину волока.

Аналогично па рис. 8 и 9 изображены графы расхода топлива при выполнении технологических операций, где </(1), д(2), ..., 9(28) — вершины графа, а ребрами графа является расход топлива на выполнение технологических операций, выполненные в масштабе.

Производительность харвестера представляет собой интегральный показатель, зависящий как от таксационных характеристик лесосеки (удельный запас и плотность древостоя) так и от технических параметров навесного оборудования харвестера. Тогда при заданных параметрах плотности древостоя (запас древесины ц, м3/га; удель-N

ное числа деревьев л =—, шт/га) определяем общую продолжительность работ Т на А

делянке площадью А (А -ВЦ с количеством деревьев N.

Продолжительность полного цикла лесозаготовительных операций ^ связанных с валкой одного дерева, обрезкой сучьев, раскряжевкой и пакетированием определяется как сумма переменной /„ и постоянной г„ составляющих и времени проезда харвестера по волоку !„'.

'„='»+'.+'». (34)

а суммарная продолжительность перемещения стрелы манипулятора, если число деревьев в начальном секторе участка г составит по, в первом кольце - »¡, во втором кольце - п2 и т.д., записывается в виде

(35)

2>„ = (щ |с+л, [с+1с]+»2 [гс+1

На рис. 10 представлен расчетный участок / с одним клиновым и двумя кольцевыми участками шириной каждого С=4,0 м при максимальном вылете стрелы манипулятора Л-12,0 м с центральным углом (р, =1 рад. Для делянки с густым сред-нетаежным лесом при ориентировочной площади участка 8 м2 на дерево (п = 1250 шт/га) и данных табл. построен график суммарной продолжительности перемещения стрелы манипулятора в зависимости от вылета стрелы манипулятора.

Расход времени на перемещение стрелы манипулятора при работе на одной стоянке составит: -

=("/<!>,(36) Таким образом, с учетом постоянных временных затрат и времени перемещения харвестера по волоку расход времени на лесозаготовки по всей делянке при т стоянках составит:

При этом производительность процесса лесозаготовки сортиментной многооперационной машиной составит:

П-jf- (38)

Рис. 10. Схема сектора делянки и график суммарной продолжительности перемещения стрелы манипулятора

В пятом разделе обоснованы и даны рекомендации по выбору комплекта основного оборудования сортиментных многооперационных машин для предприятий лесопромышленного комплекса. Существенное влияние на производительность машины оказывает ее технологическое оборудование, включающее рабочие элементы (стреловые манипуляторы и харвестерные головки) для непосредственного воздействия на предмет труда. В табл. 3 и 4 представлены параметры основного технологического оборудования для харвестеров на примере фирмы «John Deere» (Финляндия, США).

При соблюдении лесоводственных правил, критериев грузоподъемности и досягаемости деревьев назначается эффективный вылет b стрелы манипулятора, определяющий параметры основного оборудования ВСРМ при заданных характеристиках древостоя. На рис. 11 представлен график выбора основного комплекта оборудования для ВСРМ «John Deere». Принимая средний объем хлыста в средней тайге (южные леса Республика Коми) Кх=0,18 м3, а массу дерева G=150 кг, определим критерий грузоподъемности: [(?]<150 кг.

Таблица 3

Технические характеристики харвестерных головок «John Deere»_

п/п Параметры головки Марка

Н742 Н752 758HD 762С

1. Масса вместе с ротатором, кг 770-800 960-1030 1150-1285 1270-1340

2. Макс, диаметр валки, мм 470 570 650 650

3. Рабочее давление, МПа 25 24 25 25

Продолжение таблицы 3

4. Максимальный диаметр обрезки сучьев, мм 350 400 . . 480 . .. / 430

5. Производительность насоса, л\мян 160 160 250-285 225-305

Таблица 4

Технические характеристики манипуляторов харвестеров фирмы «John Deere»

п/п Параметры манипулятора , Марка манипулятора

TJ210H90 TJ210 Н97 TJ210 HI 15

1. Грузоподъемность максимальная (брутто), кНм 178 178 178

3. Горизонтальный угол поворота, 220" 220 е 220«

5. Вылет стрелы манипулятора, м 9,0 9,7 11,5

8. Макс, грузоподъемность, кг, при вылете, м: 4 6 7,5 8 - 9 9,7 11,5 3975 ' 2380 1640 1420 3975 2380 1640 1320 1600 960

В соответствии с лесоводственными требованиями при разработке заданной лесосеки площадью 10 Га и ширине волока 4 м, ширина пасеки должна составлять не менее 20 м, при условии отвода площади на волоки Ь размере не более 20% от общей площади лесосеки. Из графика следует, что выполнению данных требований при сохранении достаточной грузоподъемности О удовлетворяет манипулятор ТГ 210 Н115 с харвестерной головкой Н752 или Н742, с эффективным вылетом Ь=10,7 ми 11,5 м соответственно.

В приложениях диссертации приведены основные схемы я технические характеристики ВСРМ и их технологического оборудования, а также сводные таблицы результатов в режиме различных скоростей выполнения операций.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В результате проведенных исследований получены следующие результаты:

1. Применение современных средств компьютерного моделирования и геоинфор-. мациокых систем позволяет оценивать и прогнозировать изменение параметров древостоя, а также планировать проведение лесосечных работ.

2. Разработанная математическая модель позволяет адекватно описывать лесной фонд как материальное пространство с распределенным по его площади древостоем.

3. Разработанная математическая модель оптимальной формы рабочей зоны манипулятора харвестера на стоянке позволяет обработать большую площадь данной лесосеки.

4. - Предложенные технологические схемы движения ВСРМ на лесосеке в услови-

ях сплошных рубок позволяют более эффективно проводить лесосечные работы.

5. Разработанные математические модели для обоснования расстояний между рабочими стоянками харвестера и рациональной ширины пасечной ленты для условий сплошных рубок позволяют оптимизировать переезд харвестера с одной стоянки на другую в зависимости от вылета стрелы манипулятора.

6. На основании теории графов возможно определять оптимальную продолжительность и затраты энергии на выполнение технологических операций.

7. Разработана модель определения производительности процесса лесозаготовки сортиментными многооперационными машинами в условиях сплошных рубок.

8. Обоснован выбор параметров технологического оборудования многооперационных машин для обеспечения досягаемости деревьев при заданных критериях грузоподъемности и соблюдении лесоводственных требований.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Свойкин, В. Ф., Сивков, Е. Н., Сенькин, В. А., Козловский, В. Н. Исследование производительности лесосечных машин в зависимости от параметра предмета труда // Февральские чтения. Сборник материалов: в 2 Т.: Т.1. Сыктывкар: СЛИ. 2005, С. 96-99.

2. Сенькин В.А. К проблеме повышения производительности сортиментной технологии лесозаготовок Н Тезисы докладов пятнадцатой Коми Республиканской молодежной конференции (в 2-х томах). Том I (Сыктывкар, Российская академия наук, Уральское отделение, Коми научный центр, 19-23 апреля 2004 г.). -Сыктывкар. 2004, С. 57-58.

3. Сенькин В.А. Обоснование технологического оборудование сортиментных многооперационных машин // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Сборник докладов молодых ученых на ежегодной научной конференции. Выпуск 11. СПб.: ЛТА. 2006, С. 172-176. ■.•„ .

4.. Сенькин В.А., Куль минский А.Ф. К проблеме создания отечественной лесной погрузочно-транспортной машины И Межрегиональная студенческая научно-практическая конференция «Исследования молодежи - экономике, производству, образованию», Сыктывкар, Сыктывкарский Лесной Институт, 26 апреля 2002. Тезисы докладов. Сыктывкар. 2000, С. 75. ,

5. Сенькин В.А., Патякин В.И. Об использовании компьютерного моделирования и ГИС-технолопш в деле повышения , производительности лесозаготовительных машин // X юбилейная межрегиональная научно-практическая конференция для студентов и аспирантов «Исследования молодежи — экономике, производству, образованию», Сыктывкар, Сыктывкарский Лесной Институт, 16-18 мая 2005 г.: сборник материалов: в 2-х т.: т.1/ Сыкт. лесн. ин-т. — Сыктывкар 2006. С. 243-248. . , _ .

6. Сенькин В.А., Свойкин В.Ф. Исследование технических характеристик харве-стеров в Республике Коми // Сборник материалов межрегиональной студенческой научно-практической конференции «Исследования молодежи - экономике, производству, образованию», Сыктывкар, Сыктывкарский Лесной Институт, 22-23 мая 2003 г.: сборник материалов. Сыктывкар: Сыктывкарский лесной институт, 2006. С. 16. . /•

Просим принять участие в работе диссертационного Совета Д. 212.220.03 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194121, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия, Ученый совет. Факс: (812) 550-07-91.

СЕНЬКИН ВИКТОР АЛЕКСАНДРОВИЧ

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 15.11.06. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 321. С 29а.

Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТА 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 3

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор и анализ современного состояния лесопромышленного комплекса.

1.2. Современные лесные машины и технологические процессы при проведении лесосечных работ.

1.3. Анализ проведения сплошных рубок главного пользования многооиерационными ВСРМ.

1.4. Характеристика комплекта основного оборудования многооперационных машин при сортиментной заготовке древесины.

1.5. Выводы. Цели и задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВА11ИЕ ПРЕДМЕТА ТРУДА, ПРОДОЛЖИТЕЛЫ ЮСТИ И ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТ

Ml ЮГООПЕРАЦИОННЫМИ МАШИНАМИ.

2.1. ГИС технологии в лесном хозяйстве.

2.2. Теоретические исследования параметров предмета труда.

2.3. Методика проведения измерений параметров предмета труда.

2.4. Методика определения продолжительности и энергозатрат при выполнении технологических операций лесосечных работ.

2.5. Выводы по разделу.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ ЛЕСОСЕК ХАРВЕСТЕРАМИ.

3.1. Геоинформационное моделирование лесосеки.

3.2. Моделирование рабочей зоны харвестера.

3.3. Анализ расчетных моделей лесосеки.

3.4. Выводы по разделу.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВА11ИЯ РАБОТЫ

ХАРВЕСТЕРОВ.

4.1 Планирование эксперимента для математического описания технологических процессов лесосечных работ.

4.2. Статистическая оценка результатов экспериментов.

4.3. Экспериментальное определение продолжительности и энергозатрат рабочего цикла харвестера.

4.4. Определение производительности харвестера.

4.5. Выводы по разделу.

5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВНЕДРЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ IIA ПРЕДПРИЯТИЯХ ЛЕСПРОМЫШЛЕППОГО КОМПЛЕКСА.

5.1. Рекомендации по выбору технологической схемы разработки лесосеки.

5.2. Рекомендации по сокращению продолжительности цикла и расхода топлива при выполнении лесосечных работ харвестерами.

5.3. Рекомендации по выбору комплекта основного оборудования сортиментных многооперационных машин.

5.4. Выводы по разделу.

Актуальность темы. Усиливающаяся конкуренция и все более жесткие требования, предъявляемые к качеству продукции и услуг, вызывают необходимость нововведений и применения новых технологий в лесной промышленности. Лесозаготовительные машины будущего должны производить больше и делать это лучше при условии уменьшения производственной себестоимости.

Одной из новых технологий разработки лесосек является сортиментная технология, и она становится более популярной. Эти тенденции способствуют более широкому использованию машин для сортиментной технологии в странах, в которых основная доля древесного сырья заготавливается в естественных насаждениях (Россия, США, Канада). Машины для сортиментной технологии все больше эксплуатируются на рубках главного пользования.

Мировой опыт показывает, что заготовка древесины может производиться на базе современных систем машин по различным технологическим схемам. Такие машины должны быть многофункциональными, то есть выполняющими практически одновременно целый набор функций-операций по валке, обрезке сучьев, раскряжевке на сортименты заданной длины и пакетированию, которые по традиционной хлыстовой технологии лесозаготовки производятся целым комплексом лесосечных одно- двухоперационных машин. В настоящее время в качестве основного машинного комплекса для заготовки сортиментов в условиях лесосеки широко применяются валочно-сучкорезно-раскряжевочные машины (ВСРМ) - харвестеры, оснащенные захватно-срезающе-раскряжевочным устройством - харвестерной головкой (ХГ).

Следует отметить более высокий уровень экологической безопасности для лесной экосистемы, свойственной харвестерной технологии. Так все операции на лесосеке по заготовке сортиментной древесины осуществляются за один проход многооперационной машины но волоку, укрепленному порубочными остатками.

Увеличивающийся спрос на древесину с ростом населения земного шара и некоторые ограничения, накладываемые на работу признанных производителей, создают благоприятные возможности для роста производительности лесозаготовительных работ в естественных насаждениях.

Применение эффективных харвестеров при проведении лесоводственных требований к рубкам главного пользования обеспечивает экологическую и экономическую целесообразность ведения рубок различного назначения при заготовке сортиментов с одновременным упрощением технологического процесса лесосечных работ и снижением затрат на подготовительные работы.

Высокофорсированные двигатели с турбонаддувом и рециркуляцией выхлопных газов, гидростатическая трансмиссия, современные гидроманипуляторы, системы комплексного управления машиной, а также системы измерения и управления современными харвестерными головками - все это способствует высокой производительности харвестеров на лесосеках при условии выполнения заданных экологических требований.

Производительность машин для лесосечных работ зависит от большого числа факторов, которые можно свести в следующие основные группы: лесо-растительные и природные (средний объём хлыста, ликвидный запас леса на 1 га, породный состав насаждений, почвенно-грунтовые и рельефные условия и др.); назначение и конструктивные особенности машины (число и характер выполняемых операций); способ выполнения операций, надёжность машины и её технологического оборудования и др.; технологические (размер и конфигурация лесосек, совершенство схем разработки лесосек и др.); технологические параметры машин (мощность двигателя, скорость, ширина захвата, грузоподъёмность, маневренность и др.); совершенство технической и производственной эксплуатации машины (квалификация оператора, совершенство технологического оборудования, техническое состояние машины и др.). Существенное влияние на производительность машины оказывает ее технологическое оборудования.

Парк лесозаготовительных машин отечественного и импортного производства в России пополняется с каждым годом. Их технологическое оборудование весьма различается по основным техническим характеристикам. Зачастую ВСРМ не способны выполнять лесоводственные нормы и правила при проведении рубок главного пользования, принятых российским законодательством, в связи с тем, что нет рационального обоснования основных параметров технологического оборудования машин, для обеспечения необходимой досягаемости и грузоподъемности при разработке лесосек.

В связи с этим исследования направленные на обоснование основных параметров технологического оборудования машин для повышения эффективности работы при сортиментной заготовке древесины па сплошных рубках являются актуальными.

Цель работы. Повышение эффективности освоения лесосек при проведении сплошных рубок главного пользования с использованием машин для заготовки сортиментов путем обоснования параметров их технологического оборудования, обеспечивающих соответствие лесоводствепным требованиям.

Объект исследований. Технология лесосечных работ с применением различных технологических процессов и оборудования на харвестерах отечественного и импортного производства в условиях среднетаежных лесов Республики Коми.

Научная новизна. Разработаны математические модели, описывающие технологический процесс лесосечных работ при сплошных рубках многооперационными машинами для заготовки сортиментов с учетом обеспечения досягаемости деревьев при эффективной грузоподъемности манипуляторов, позволяющие обеспечить выполнение лесоводственных требований, а также проводить выбор оптимальных параметров технологического оборудования ВСРМ с целью повышения их производительности.

Научные положения выносимые на защиту.

1. Возможность получения статистических данных об объеме древостоя в условиях средней тайги с использованием программного обеспечения, установленного на ВСРМ.

2. Математическая модель лесного фонда как материального пространства с распределенным по его площади древостоем.

3. Математическая модель оптимальной формы рабочей зоны манипулятора харвестера на стоянке.

4. Перспективные технологические схемы разработки лесосек с применением сортиментных лесозаготовительных машин.

5. Регрессионная модель зависимости производительности ВСРМ от времени цикла валки и раскряжевки дерева, а также параметров предмета труда.

6. Математическая модель зависимости ширины разрабатываемой пасечной ленты от параметров установленного технологического оборудования (манипулятора и харвестерной головки).

Достоверность научных положений обеспечивается современными средствами научных исследований, базирующихся на положениях и методах математической статистики, а также результатами проведенных экспериментальных исследований в производственных условиях и подтвержденной адекватностью полученных моделей за счет хорошей сходимости экспериментальных и теоретических данных.

Значимость для теории и практики. Разработанные математические модели развивают теорию технологических процессов лесосечных работ, что вносит определенный вклад в науку о лесе, позволяют выбирать оптимальные параметры технологического оборудования многооперационных машин для сорти-ментной заготовки леса при проведении рубок главного пользования, с обеспечением соблюдения лесоводственных требований и повышения эффективности разработки лесосек.

Место проведения. Работа выполнена на кафедре технологии лесозаготовительных производств Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии и лесозаготовительных предприятиях Республики Коми.

Апробация работы. Результаты обсуждались на межрегиональных и республиканских научно-технических конференциях в Коми Республиканском научном центре Уральского отделения Российской Академии Наук, а также в Сыктывкарском Лесном Институте (филиал Санкт-Петербургской Лесотехнической Академии им. С.М. Кирова) 2003-2005 г.г.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в ОАО «Монди Бизнес Пейпа Сыктывкарский ЛПК».

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ. Основные положения диссертации отражены в научных отчетах кафедры «Технологии лесозаготовительных производств» СПб ГЛТА им. С.М. Кирова, а также кафедры «Машины и оборудование лесного комплекса» СЛИ (филиал СПб ГЛТА им. С.М. Кирова).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 171 страница и включает 56 иллюстраций, 39 таблицы, список литературы 177 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Для оценки и прогнозирования изменений параметров древостоя все чаще используют технологии компьютерного моделирования и геоинформационых систем (ГИС) с помощью которых еще до начала разработки лесосеки можно показать вероятное воздействие рубок на ландшафты и облегчить принятие решения о способах и методах их проведения. Использование ГИС в лесном хозяйстве позволяет работать с источниками табличной и картографической информации для создания единой оперативно обновляемой базы данных лесного фонда. Применение цифровых таксационно-картографических материалов даёт возможность составлять запросы на подбор участков лесного фонда, проводить их анализ и проектировать лесохозяйственные мероприятия. Визуальное отображение отобранных участков на цифровой карте и распечатка её фрагментов в заданном масштабе значительно упрощает процесс формирования лесосечного фонда.

2. Разработанная математическая модель для описания лесного фонда с распределенным по его площади древостое^ позволяет адекватно описывать лесной фонд как материальное пространство с распределенным по его площади древостоем и моделировать конкретную лесосеку с указанием удельных запасов леса на определенном участке и общих (интегральных) удельных запасов на лесосеке. При однородных характеристиках древостоя оптимальной зоной работы харвестера, приводящей к максимальному объему лесозаготовок, будет круг или его часть.

3. Предложенные технологические схемы движения ВСРМ на лесосеке в условиях сплошных рубок позволяют более эффективно проводить лесосечные работы за счет увеличения ширины разрабатываемой пасечной ленты и уменьшения количества переездов харвестера.

4. Проведенные экспериментальные исследования позволяют сделать вывод о том, что совмещение выполнения отдельных технологических операций по

133

Тд-Х. зволяет сократить продолжителыюст¥"выиолнения на 20% , а расход топлива на 12%.

5. Разработанная математическая модель производительности процесса лесозаготовки сортиментными многооперационными машинами в условиях сплошных рубок позволяет обосновать технологическое оборудование ВСРМ с целью получения максимальной производительности.

6. Выбор технологического оборудования современных сортиментных многооперационных машин следует производить с учетом характеристики лесосеки и требуемой ширины пасечной ленты, а также с учетом лесоводственных требований но разработке лесосеки.

7. Анализ современных моделей технологического оборудования ВСРМ позволяет сделать вывод, что выполнение лесоводственных требований обеспечивается применением манипулятора вылетом 11,5 метров, однако выбор данного манипулятора не является оптимальным решением по производительности.

8. Применение манипулятора вылетом 9,7 метра обеспечивает максимальную производительность процесса лесозаготовки сортиментными многооперационными машинами в условиях сплошных рубок. Данный вылет является оптимальным, соответствующий минимуму расхода времени на разработку лесосеки.

1. Азаренок В. А. Сортиментная заготовка леса / В. А. Азаренок, Э.Ф. Герц, А.В. Мехренцев. Екатеринбург: УГЛАЕ, 2000. - 132 с.

2. Александров В.А. Механизация лесосечных работ в России. СПб.: СПбЛТА, 2000.-286 с.

3. Александров В.А. Моделирование технологических процессов лесных машин. М: Экология, 1995. - 256 с.

4. Алябьев В.И. Оптимизация производственных процессов на лесозаготовках. М: Лесная промышленность, 1977. - 232 с.

5. Ананьев В.А. Рекомендации по проведению рубок обновления и переформирования в водоохранных лесах Карелии. Петрозаводск: КНЦ РАН, 2003.-32 с.

6. Андреев В. 11.11адежность лесных машин и оборудования. Л.: ЛТА, 1991.-152 с.

7. Андреев В.Н., Герасимов IO.IO. Повышения качества и надежности мани-иуляторного технологического оборудования лесных машин. Петрозаводск: в 2 кн. ПетрГУ, 1995. - 270 с.

8. Андреев В.Н., IO.IO. Герасимов. Йоэнсуу: Принятия оптимальных решений: теория и применение в лесном комплексе. Издательство университета Йоэнсуу, 1999. - 200 с.

9. Андреев В.Н. Герасимов Ю.Ю. Применение оптимальных решений: теоWрия и применение в лесном комплексе. Йоэнсуу, 1990. - 200 с.

10. Анисимов Г.М. Научные основы применения трелевочных тракторов в перспективных технологических процессах лесозаготовок: Дис. д-ра техн. наук: ЛТА.-Л., 1979.-450с.

11. Лнучин Н.П. Лесная таксация. М.: Лесная промышленность, 1971. -512с.

12. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1983. - 248 с.

13. Ассоциация «Рослесмаш» организаций лесного машиностроения // http://www.roslesmash.org

14. Банди Б. Основы линейного программирования. М.: Радио и связь. 1989. -176 с.

15. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. -М.: Высшая школа, 1982. 228 с.

16. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. М .Наука. 1965. - 457 с.

17. Бит Ю.А. Технология лесозаготовок, транспорта леса и автоматизация производственных процессов. Л.: ЛТА, 1976.- 60 с.

18. Блохин В.Г., Глудкин О.П., Гуров А.И., и др. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов. Учебник. М.: Радио и связь, 1997.-203 с.

19. Бобкова К.С., Галенко Э.П. Биопродукционный процесс в лесных экосистемах Севера. СПб.: Наука, 2001. - 278 с.

20. Большаков Б.М. 11екоторые аспекты сортиментной технологии // Лесная промышленность. 1997. №1.-С. 16-18.

21. Боровиков В.П. Популярное введение в программу STATISTICA. М.: Компьютер пресс, 1998. - 267 с.

22. Бродский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента. М: Паука, 1976.-224 с.

23. Бронштейн И. Н, Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука ,1986. 544 с.

24. Бурков В.II., Горгидзе И.А., Ловецкий С.Е. Прикладные задачи теории графов. Тбилиси: Мецниереба, 1974. - 234 с.

25. Васильев С. Б., Ушаков Г. М. Технология лесозаготовительной промышленности и лесопильного производства. Термины и определения: Методические указания. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1996. 116 с.

26. Вентцель Е.С. Теория вероятностей и её инженерное применение. М.: Наука, 1988.-477 с.

27. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и её инженерные приложения. М.: Высш.шк, 2000. - 383 с.

28. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. -М. Наука, 1988.-208с.

29. Виленкин Н.Я. Индукция. Комбинаторика. М.: Просвещение, 1976. - 48 с.

30. Виногоров Г.К. Лесосечные работы. М.: ЛП, 1981. - 272 с.

31. Виноградов Г.К. Технология лесозаготовок. М.: ЛП, 1969. - 244 с.

32. Вознесенский В.Л. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. 2-е изд., нерераб. и доп. - М.: Финансы и статистика, 1981. - 263 с.

33. Волков А.Д., Громцев А.Н. Коренные леса северо запада таежной зоны России: природные особенности, современное состояние и проблемы сохранения. - Петрозаводск: 1997. - 34 с.

34. Воробьев В.Я. Елсуков А.Н. Теория и эксперимент. Мн.: Высш. шк., 1989.- 168 с.

35. Герасимов Ю.Ю., Кильпеляйнен С.А. .Давыдков С.А. Геоинформационные системы. Иоэнсуу, 2001. - 201 с.36