автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование рационального технологического процесса сортировочно-штабелевочного участка нижнего лесного склада

РГ6

од

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ТОДОРОВ Стоян Михайлов

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СЮРТИРОВОЧЖЫПАБЕЛЕВОЧНОГО УЧАСТКА НИИНЕГО ЛЕСНОГО СКЛАДА

05.21.01 - Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1993

Диссертационная работа выполнена на кафедре технологии лесотехнических производств Санкт-Петербургской лесотехнической академии.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Меньшиков RH

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Калитеевский P.E. - кандидат технических наук Шварц Д. Ы.

Ведущая организация - АО "Лесинвест" /Гипролестранс/

Защита диссертации состоится /-<"?J) yj? J? 1993 г. в /f часов на заседании специализированного совета Д 063.50.01 в Санкт-Петербургской лесотехнической академии /194018, С. -Петербург, Институтский пер., 5, главное здание, зал заседания/

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке академии.

Автореферат разослан

-g s- 1993 г.

Ученный секретарь специализированного совета доктор технических наук,

профессор Г. М. Анисимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В результате несоблюдения объективных законов экономического развития, страны восточной Европы сегодня переживают тежелый экономический кризис.Выход из этого кризиса возможен только при условии осуществления своевременной экономической реформы.

Реформа имеет особое значение для России и Р.Болгарии, связанные совместными предприятиями в лесной промышленности. Характерной особенностью этик предприятий является их масштабность и оснащенность современной техникой.При этих условиях, актуальным остается вопрос дальнейшего технического совершенствования производств с участием специалистов двух стран.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повышение эффективности сортировочно-штабе-левочного участка НЛС, путем выбора рационального технологического варианта.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработан метод распределения лесонако-штелей по сортиментам и вдоль сортировочного транспортера, в зависимости от лесорастительных условии лесосеки, позволяющий сократить грузовую работу лесотранспортера и крана на разгрузку лесонакопителей.Обоснован режим работы крана на разгрузку лесонакопителей в циклическом режиме, дапций возможность крану получить дополнительное время на выполнение вспомогательных работ.Разработана вероятностная модель протекания сортировочно -штабелевочного процесса.Получены зависимости и экспериментальные данные, необходимые при проектировании и реализации технологического процесса.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

- обоснование режима работы крана на разгрузке лесонакопителей в циклическом режиме, в зависимости от лесорастительных условии лесосеки;

- методика распределения лесонакопителей по сортиментам и вдоль сортировочного транспортера, при минимальной грузовой работе лесотранспортера и крана на разгрузку лесонакопителей;

- вероятностная модель сортировсчно-штаСелевочного процесса;

- вероятностные характеристики сортировочно-штабелевочно-го процесса в зависимости от лесорастительных условии лесосеки;

- экспериментальные данные по выбору и расположению технологического оборудования.

Достоверность выполненных в диссертации исследований подтверждаются согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также положительными результатами в условиях промышленных испытаний.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Внедрение разработанных моделей организации работы сортировочно-штабелевочного участка позволяют сократить грузовую работу крана и рационально использовать лесонакопителеи раскряжевочной линии.Разработанные программные продукты позволяют выбрать подходящий технологический режим для конкретных условий работы.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Полученные результаты оптимизации сортировочно-штабелевочного участка НДС нашли применение на лесопромышленном комплексе "Верхний Мезень" - республики Коми.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты научных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательских работ в Санкт-Петербургской лесотехнической академии в 1989, 1991, 1992 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований опубликованы две печатные работы.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех основных разделов, вывода и рекомендации, списка литературы и приложений.Общий объем работы 185 е., из них 150 с. машинописного текста, 17 рисунков, 8 таблиц, 8 приложений. Список литературы содержит 72 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении вскрыта -актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследований и дана краткая аннотация работы.

В первом разделе, сделан краткий обзор исследований в области раскряжевочно-сортировочных и штабелевочных операций на нижнем лесном складе.Отражен опыт ведущих специалистов по оборудованию и технологии НЛС - Д.К.Воеводы, В.В.Залегаллера, П.В.Ласточкина, И.В.Батина, А.К.Редышна, Д.Л.Дудюка, Рашков-ского Б.С. и др..Критически проанализированы работы имеющие отношение к теме диссертации. Подчеркнуто недостаточное внимание в них на вопроси влияния лесорастительных условий лесосеки на выполнение лесоскладских работ, взаимосвязанность работы крана с сортировочном транспортером, использование вероятностных методов исследования операции.Отмечены недостатки существующих технологии в отношение соргиментого распределения лесо-накопителей раскряжевочной линии вдоль сортировочного транспортера и их разгрузки краном.

Во втором разделе дано общее описание сортировочно-штабе-левочного процесса на нижнем лесном складе.В качестве критерия оценки эффективности, принят минимум грузовой работы крана.Определена стратегия выбора оптимального технологического решения.

Принципиальная схема сортировочно-штабелевочного участка дана на рис.1 .Лесонакопители распределены по видам сортиментов от 1 до 6

сортировочный транспортер

ШШШШШ О И 0 И ш ИЗ о

лесонокопители

I нран | _.S

Штабель 1-го сортам.

Штабель 3-го сортим.

Штабель 5-го сортим.

Рис. 1. Принципиальная схема сортировочно-штабелевочного участка

В третей "разделе обоснована методика распределения лесо-анакопителей по сортимент^« и вдоль сортировочного транспортера с учетом лесорастительных условий лесосеки. Обоснован циклический режим работы крана на разгрузку лесонакопителей.Разработана вероятностная модель работы сортировочно-штабелевочного участка в виде СМО.

В графическом виде, работа крана на разгрузке лесонакопителей имеет вид /рис 2/:

Тем

<-

Тц Тц

1

<-> I <-

< г33 >К

I//////1- I /У/У,у I ?

Рис.2. Схема циклического режима разгрузки лесонакопителей

Согласно рис 2.

Т« = г33 + /1/

где Тем - сменное время работы раскряжевачной линии; г33 -время за которые лесонакопители загружаются до оптимального состояния; гш - время разгрузки лесонакопителей краном; -время за которое кран выполняет вспомагательные работы по складу, в т.ч. погрузку ж.д. вагонов;

Целевая функция поиска минимума грузовой работы крана, при разгрузке лесонакопителей имеет вид:

ЕАс= [п^о, +..+ су + п212(о3+..+ак)+...

/2/

+ "(к-Ч^Ос-О0*1 + 0.5.1.,.СЦ.п2 +..+ 0,5.1к.йк.п|->

т!п

где п^ - число лесонакопителей сортиментов одного назначения; ^ - расстояние мезду лесонакоштелями данного сортимента; СЗ^ - ср.объемы рассортированных сортиментов; 1 = 1,2, ..., к - показатель сортименгности.

Условием распределения лесонакопителей по видам сортиментов принята равномерность их загрузки

^ а» ^ а____и ^ а» ... и ^ /3/

где ^ - время загрузки лесонакопителей одного назначения.

Согласно условию /3/ резервирование лесонакопителей определяется текущим рнходом сортиментов, соответственно от лесорастительных условий лесосеки.

Время загрузки лесонакопителей одного назначения определяется:

п..у. 1: tз = . -100 /4/

Ч -. юс у /4/

Ч хл

где п^ - число лесонакопителей 1-го назначения; - объем одного лесонакопителя 1-гс назначения; объем выхода

1-го сортимента при раскряжевке 100 м3 хлыстов; - время раскряжевки одной пачки хлыстов, У^- объем одной пачки хлыстов; 100 - условно взятый объем, отвечанций 100 м3;

В разделе сортировочно-штябелевочный процесс рассматривается как одноканальная марковская СМО, обслуживающая с-пронуме-рованных очередей загруженных лесонакопителей по видам сортиментов, с ограничением по длине очереди, с приоритетом обслуживания очередей в зависимости от их порядкового номера по правилу без прерывания.Обслуживание очередей начинается с первоначальным числом загруженных лесонакопителей в очередях.Такую систему принято обозначать:

( М / М / 1 ) : ( ОТЕР / / И,

(1)

)

/5/

где М - пуассоновское /марковское/ распределение моментов поступления заявок на обслуживание; 1 - одноканальная СМО; ИРНР - регламент обслуживания с приоритетом, без прерывания при поступление требования с более высоким приоритетом; п^1'-максимальное число допустимых в систему требований; Клейкость источника генерирующего заявок.

Граф состояния одноканальной СМС с тремя очередями, из которых очередь 1 имеет приоритет перед очередью 2 и 3, очередь 2 имеет приоритет перед очереди 3, показан на рис 3.

3

-Р =Р =

,0±а I I

I=

¿А

Рис.з Граф состояния одноканальной СМО с тремя очередями

Состояния системы на графе, соответствуют: 0 0- лесо-накопители во всех очередях разгружены: ^ 0 о ~ загРУжен пеР~ вый лесокакспитель, первого вида сортиментов; и2 0 0 - загружены первый и второй лесонакопителей первого вида сортиментов;

о о ~ загружены все лесонакопители первого вида сортиментов; К01 0 - загружен первый лесонакопитель второго вида сортиментов; 1 2 - загружены 3 лесонакопителя первого вида сортиментов, 1 второго и 2 третьего вида; ^ к - загружены все лесонакопители, всех видов сортиментов.

Решение графа состояний /рис.3/ в виде системы дифференциальных уравнении Че?.шенз-Колмагорова полностью определяет систему.Однако его сложность затрудняет данное решение, особенно если число очередей большое.

Преобразование системы в С-МО с цепями ■'гибели-размножения" /рис.4/ позволяет упростить решение задачи.На рисунке представ-

^ ~ . . и111

IX I I III I

N N 1

I Т М1

_I

III III

1 ГГ71

N

X I М

х

Рис.4. Размеченный граф СМО с цепями "гибели -размножения"

лена система из трех очередей, первая из которых имеет вместимость 3 заявки, вторая - 1, третья - 2. Промежуточные состоя-

ния системы имеют значения: К* - в системе один загруженный лесснакопитель первой очереди, который обслуживается краном; N - в системе два загруженных лесонакопителя, из которых один обслуживается краном; - в системе гри загруженных лесснакопителей, из которых один обслуживается краном; N*1 -в системе один загружен лесонакопитель парной очереди, который обслуживается краном и т.д.;

По условию работы сортировочно-штабелевочного участка, интенсивность загрузки и разгрузки лесанакспителей соответ-ствувдих очередей одинаковые,

■Л _ Л _ v1 - - A1- Li1 - м1 - и1 - -Л1 - Л2 - - .. . - Л, , - - Ц3 = . . . = )i.

/6/

Решение СМО /рис.3/ в виде дифференциальных уравнении имеет вид /7/

dp°(t> i i i i - = pj(t).^1- p¿(t).a.|

dt

/7/

dpij-Ct)

— = + р^П.ц!- +

dp-+1(t)

dt

= pj(t).*.1 + p^tt).^- p}+1(t).(4 + Р-Ь

Для простейшего процесса гибели и размножения, с конечным числом состояний - п, конечные вероятности стационарного режима определяются:

Рц-П " ^1+П-Ро . где Ф= —г^- /8/

н

Вероятность р0 определяем из нормированного условия

3 четвертом разделе приведены методика и результаты экспериментзльной работы.

ГЬлучетш эксплуатационные показатели дрсЕееины оеверо--гападных районов республики Коми.Подтвержден, опубликованный в других работах, закон нормального распределения объемов лесовозных пачек хлыстов и найдены его параметры для условии эксперимента.Анализ показывает, что с увеличением однородности лесного массива лесосеки, дисперсия распределения уменьшается.При наличии на лесосек»? нескольких ьыд*л"ь.распределение соответственно имеет несколько максимумов.Между ср.значением объема лесовозной пачки хлыстов - 7П и качеством древесины лесосеки, выражаемое через ср.диаметра хлыста - V установлена зависимость

^ = 21 7Х + 17,41 /10/

Определены законы распределения объемов выхода сортиментов при раскряжевке одной лесовозной пачки хлыстов.Сортименты с относительно большим .диаметром бревна 'хвойные и лиственные пиловочники, балансы IV сорта и др./ имеют нормальное распределение. Сортименты с относительно меньшим диаметром /хвойные и лиственные балансы, короткомеркые сортименты и др./ имеют логорифметичеоки нормальное распределение.

л -

П-1 1

£ ,,1+п

/9/

На основании полученных данных распределения объемов выхода сортиментов, определена взаимосвязь между ними в виде корреляционной матрицы. Согласно пслуче1£ных корреляционных коэффициентов, наличие лиственной древесины ведет к общему снижению выхода деловой древесины.

С помощью математических моделей и программных продуктов, в условиях близких к производственным, получены закономерности разгрузки лесонакопителей в циклическом режиме.

На рис.5 представлена вероятностная диаграмма разгрузки лесонакопителей в циклическом режиме.Разгрузка лесонакопителей начинается с 3 часов после начала их загрузки.За это время ле-сонакопители загружаются на 75 %, а кран получает возможность выполнять дополнительную работу на складе.Разгрузка происходит за 2,С часа. Цикл разгрузки составляет 5,6 часоЕ.

На рис.6 представлены полученные характеристики времени разгрузки лесонакопителей - Ьп, от времени штабелевки сортиментов одного ласонакопителл - и времени раскряжевки одной лесовозной пачки хлыстов - ър.Согласно полученных результатов при средне статпстичеких данных, время штабелевки одного лесо-накопит&ля не должно превышать 8 минут, что при скорости передвижения крана Бход =0,6 м/сек, соответствует расстояние от лесонакопителей до штабелей не более 40 м.

На рис.?. предстазлеш характеристики зависимости цикла разгрузи:-: лесонакопитилеи - Гц, от времени раскряжевки одной лесовозной пачки хлыстов - -¿р и число лесонакопителей раскряжевочной лиши - К. Согласно полученных результатов, благоприятное время раскряжевки одной лесовозной пачки соответствует 1;р = 30 мин, при котором цикл разгрузки лесонакопителей - Тц получается минимальным.

В разделе проведен сравнительный расчет по определению грузовой работы лесотранспортера и крана на разгрузку лесо-накопителей.Согласно принятого распределения лесонакопителей и работы крана в циклическом режиме, грузовая работа лесотранс-

РШ

Рис.5. Цикл разгрузки лесонакопителей

6 м

20

и

>.О

±рг - 20 мня , г

¿/Л'

¿/ЛС' 50 мин ЬрЗ' ¿¡Опии

40

30

20

{О

Тц/г/

м и ¿* ¡мин)

/о го зо 90

зо во »о

ч/пин, ¿р/»ш!

Ркс.6. Время разгрузки лесо- Рис.7. Цикл разгрузки лесо-накопитсле!1 ¿л от времени шта^ накопителей Тц, от времени белевки t и раскряжевки Ьр . раскряжевки ¿р и число лесонакопителей Л .

портера на 15 % ниже, крана - на 6 %, при сокращение холостых ходов на 10 %.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Построена вероятностная модель работы сортировочно-пгга-белевочного участка раскряжевочной линии, в виде одноканальной системы массового обслуживания. Модель обслуживает С-пронумеро-ванных очередей с первоначальным числом загруженным лесонако-пителей по видам сортиментам, с ограничением по длине очереди, с приоритетом обслуживания очередей в зависимости от их порядкового номера, по правилу без прерывания.

2. Исследования на построенной вероятностной модели показали, что наиболее рациональным, как с экономической, так и с технологической точки зрения является режим работы сортировоч-но-штабелевочного участка в циклическом режиме, с полупериодами загрузки лесонакопителей без и с участием крана на их разгрузку. Режим позволяет сократить на 6 % грузовую работу и на 10 % холостых переездов крана.

Цри средне статистических данных для исследуемого процесса, полупериод загрузки лесонакопителей без участия крана равняется 3-м часам, за которое лесонакопители загружаются на 75 X, полупериод разгрузки за один переход крана по фронту штабеля -2,6 часа.

3. Обосновано распределение лесонакопителей вдоль сортировочного транспортера, с учетом лесорастительных условий лесосеки и местоположения штабелей по видам сортиментов. Распределение позволяет сократить штабелевочное время на 6 X, а грузовую работу лесотранспортера на 15 X.

4. Обосновано распределение лесонакопителей раскряжевочной линии по сортиментам с коэффициентом резервирования в 8а-висимости от текущего выхода сортиментов. Распределение позволяет загружать лесонакопители не менее чем на 75 X.

5. Собран статистический материал и найден закон распределения объемов лесовозных пачек хлыстов в зависимости от ле-сорастителъных условий лесосеки. Установлена аналитическая зависимость между ср. объемом лесовозной пачки хлыстоь - у„

и ср. объемом хлыста лесосеки - ух.

6. Найдены законы распределения объемных выходов сортиментов при раскряжевке одной лесовозной пачки хлыстов, для . северо-западного района Республики Коми. В зависимости от диаметра бревна, выход сортиментов с большим диаметром распределяется по нормальному закону, с меньшим диаметром - по лога-рифметически нормальному закону.

7. Установлена количественная взаимосвязь выхода отдельных сортиментов в виде нормированной корреляционной матрицы.

8. При существующих условиях и технических данных оборудования, расстояние от лесонакопителей до соответствующих штабелей данного вида сортимента не должно превышать 40 м.

9. Результаты исследования могут быть использовзны не только для решения конкретного технологического режима, но и при реконструкции действующих и проектировании новых сор-тировочно-штабелевочных участков нижних лесных складов.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Повышение эффективности использования штабелевочно-

-погрузочных кранов при совмещении операций на лесопромышленном складе. Библ. указ. "Депонир. научные работы", И. ВИНИТИ, 1990, N-3, с. 85, N-2567-лб89.

2. Законы распределения объемов лесовозных пачек хлыстов и выхода сортиментов после раскряжевки пачки. "Лесосечные, десоскладские работы и транспорт леса", Ыежвуз. сб. науч. тр. /ЛГА, Л., 1992. 19-23 е.

Отзывы на автореферат в двух экземпляров с заверенными подписями просим присылать по адресу: 194018, С. -Петербург, Институтский пер., 5, Лэсотехническая академия, Ученый совет.