автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование технологии и системы машин для выработки щепы в лесу

Всероссийское научно-производственное объединение лесной промышленности — ВНПОлеспром —

(ЦНИИМЭ — головная организация)

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ МАШИН ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЩЕПЫ В ЛЕСУ

05.21.01. «Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

УДК 630*839-493 :630*36

САВОСТИНА Татьяна Ивановна

Химки 1993

ВСЕРОССИЙСКОЕ НАУЧНО- ПРОИЗЮДСТ ВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ЛЕС1ЮЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ - ШПОЛЕСПРОМ -

(ЦНШВ - головная организация)

На правах рукописи УЛК б30*8о0-493:бо0*36

САВОСТИНА ТАТЬЯНА ИВАНОВНА

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ МАШН . ДЛЯ ЕЫРАБОТКИ ЩЕПЫ В ЛЕСУ

05.21.01. "Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Химки 1993

Работа выполнена вс Всероссийском научно-производственном объе динении лесной промышленности ( ВНПОдеспром )

V

Научный руководитель

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Коробов ЕЕ

доктор технических наук, профессор Редькин А. К.,

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Новиков Б. Н.

Ведущее предприятие

АО "Лесинвест".

Защита состоится 18 января 1994г. в 10 часов на заседании Специализированного совета К 093. 01. 01. Всероссийского научнопроизвод-ственного объединения десной промышленности ( ВНШдеспром ) по адресу-. г. Химки Московской области, ул. Московская, 81.

-Просим Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями направлять по адресу: 141400 г. Химки Московской области, ул. Московская, 21, ВНШдеспром, Спецсовет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНПОлеспром. Автореферат разослан 15 декабря 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук

С. В. Дмитриев

- 3 -

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тема Одной из причин снижения объема лесозаготовок в России является истощение лесосырьевых баз лесозаготовительных предприятий. Постоянно растет среднее расстояние вывозки, снижается рентабельность производства Строительство новых леспромхозов! требует значительных капитальных вложений и решения социальных проблем, связанных с перемещением людей в необжитые районы. Поэтому первоочередными задачами отрасли являются: внедрение в действующих предприятиях принципов неистовдтельного лесопользования, улучшение использования лесосырьевых баз, сокращение потерь древесины в процессе лесозаготовок. В определенных условиях эта проблема решается внедрением в леспромхозах малоотходной технологии лесосечных работ, обеспечивающей уменьшение потерь стволовой древесины, возникающих за счет поломки тонкомерных деревьев при традиционных технологиях лесозаготовок. Одним из эффективных средств внедрения малоотходной технологии может быть производство щепы на лесосеке.

Цель работы. Разработка и исследование технологических производства щепы при рубках главного пользования, позволяющих сократить потери древесины, а также обоснование оптимальной структуры системы машин ■ с учетом природно-производственных условий и стохастичности операций.

Научная новизна. Выявлены зависимости объемов лесосечных отходов и тонкомерной древесины при рубках главного пользования от технологии лесосечных работ и систем машин в различных лесосырьевых базах России;

научно обоснованы и разработаны технологические процессы и системы машет по производству щепы из тонкомерных деревьев при рубках главного пользования;

разработаны имитационные модели работы систем машн, и программы для реализации их на ЭВМ с использованием алгоритмического языка (ЗР^;

определены параметры потоков, характеризующих поступление сырья к машинам системы, длительности обработки сырья машинами системы в зависимости от природно-производственных факторов;

получены регрессионные зависимости оценки эффективности систем машин в зависимости от гсриродно-произведет веяных условий;

в результате выполненной на S2M оптимизации определены оптимальные компоновки систем машин по производству цепи при рубках главного пользования для различных производственных условий.

Практическая ценность работы. Изложенные в диссертации методы расчета параметров систем машин позволяют научно обосновать оптимальный состав систем масин для производства цепы в лесу при рубках главного пользования для различных производственных условий.

Разработанные алгоритмы и имитационные модели технологических процессов и систем машин для производства делы рекомендуются к использованию в научно-исследовательских организациях при разработке новых технологических процессов и систем машин для производства цепы в лесу. Малоотходные технологические процессы и системы машин рекомендуются к внедрению в лесозаготовительных и лесохозяйственных предприятиях.

Реализация и апробация. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в ЩШМЭ при разработке "Руководства по производству технологической щепы на лесосеке", а такя? при разработке Технических заданий на опытные образцы малогабаритных еэлочно- пакетирующей и трелевочной машин.

Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции, проходившей в Ленинградской лесотехнической академии им. С. М. Кирова в 1987г. и на Всесоюзной научно-технической конференции "Использование вторичных древесных ресурсов в производстве промышленных товаров", проходившей в г. Калинине в 1990г. Кроме того, основные разделы диссертации догладывались та заседаниях секции Ученого Совета ЩШИЮ, научно-технических совещаниях лаборатории технологической ввепы ЩШМЭ .• Разработанные технологические процессы и системы машин внедрены в Креетецгом леспромхозе ТГО Нэвгородлеспром, ЛПК им. йэлябова ТПО Взлогдалеспром и в леоозаготовительных предприятиях Белоруссии.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ. Публикации 1389 года в куриале "Лесная промышленность" отмечены Грамотой Центрального Правления ВЛИТО.

Структура и обгаи'работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и обда выводов,; изложена на 180 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц, 45 рисунков, .7 приложений. Список использованной литературы содержит 180 яаиыеяований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш исследований, из ложна цель, новизна и обоснованность научных положений работы, приведены основные результаты научных исследований и внедрения.

В первой главе рассматривется состояние изучаемого вопроса, приводится анализ отечественного и зарубежного опыта производства щепы в лесу, дается технологический и технике-экономический анализ, рассматривается ресурсы сырья для выработки щепы. Рассмотрены и проанализированы методы исследований технологических процессов, выполненные профессорами В. И. Алябьевым, Д. К. Взеводо.., Д. Л Лудюкс м, & Г. Залегаллером, В. В. Коробовым, а а Ласточкиным, а. А. Пилуриньм, к. К. Редькиным, Я В. Турлаем и другими.

Попытки улучшения использования древесного сырья на лесосеке при рубках главного пользования имеют в настоящее время два аспекта: переработка лесосечных отходов, образовавшихся в процессе лесозаготовок; уменьшение образования лесосечных отходов.

Переработке лесосечных отходов на технологическую щепу в лесу посвящены исследования ШШМЭ, КарНЖЛПа, КомиГИПРОНИИлеспрома, АЛ-ТИ, ДальНШПа и других научных организаций. Разработке данного направления посвящены исследования к.т.н. ЕС.Суханова, Н.Пруткова, В. Я Матюнина, Л. А. Потаповой, Е, К, Пашнина, К К. Демина, О. Т. Кара-улова и других. Проведенный анализ работы систем машин для производства щепы из одних лесосечных отходов показал, что данный технологический процесс имеет практически неустранимые недостатки и при современном уровне иен малоэффективен.

Наиболее перспективной представляется малоотходная технология лесозаготовок, заключающаяся в уменьшении образования лесосечных отходов ва счет поломки тонкомеркых деревьев. Достигается это специальной заготовкой тонкомера и дальнейшей переработкой его групповыми методами.

Технологические процессы выборки тонкомера можно разбить на дне группы. В первой группе отсортировка тонкомера осуществляется в процессе десозаготовок теми же машинами-и механизмами, которые выполнят основные лесозаготовительные операции, во второй группе отсортировка осуществляется до проведения рубок главного пользования

специальными малогабаритными машинами. Переработку заготовленного тонкомера целесообразно осуществлять на лесосеке передвижными рубильными машинами.

Анализ предыдущих исследований показал, что данное направление работ является новым. Наиболее применимым для решения задач данного типа является аппарат теории массового обслуживания и стохастической имитации технологических процессов, позволяющий получить достоверную модель описываемого процесса, при решении которой определяются числовые значения основных характеристик и качественно оценивается эффективность функционирования исследуемых процессов. Исходя из вышеизложенного, в работе необходимо решить следующие задачи: определить объемы и характеристики тонкомерной древесины в лесу при рубках главного пользования;разработать варианты технологических процессов производства щепы из. тонкомерных деревьев при рубках главного пользования на базе существующего и специального малогабаритного оборудования; выбрать и обосновать критерии оптимальности и целевую функцию исследуемых технологических процессов; на основе проведенного анализа с учетом наиболее влиякадх факторов построить математические модели технологических процессов производства щгпы при' рубках главного пользования; провести экспериментальные исследования технологических процессов с целью определения основных технологических и технических параметров, необходимых для работы имитационных моделей; реализовать на ЭВМ имитационные модели технологических процессов производства щепы на лесосеке; на основании результатов имитационного моделирования и оптимизации определить наиболее эффективные варианты технологических процессов производства щепы при рубках главного пользования; разработать рекомендации по эффективному использованию технологических процессов.

Вторая глава посвящена разработке технологических процессов и систем машин для'производства цепы из тонкомерных деревьев при рубках главного пользования, позволяющих внедрить малоотходную технологию лесосечных работ, а также разработке математической модели оптимизации систем машин, обоснованию выбора имитационного моделирования в качестве метода исследования технологических процессов и систем маши, разработке имитационных моделей технологических процессов производства щепы.

Объектами разработки и исследования являются два технологических процесса и две системы машин для производства щепы при рубках главного пользования. ИерЕый технологический процесс разработан на базе существующего оборудлвания и включает; бензиномоторную пилу "Тай-га-214" (МП-5 "Урал-2", "Крона") для валки и пакетирования тонкомерных деревьев, малогабаритный лесохозяйственный трактор ЖТ-80 (Т-40АЫ и др.) для трелевки их к рубильной машине, рубильную машину УРП-1 (Ваямет ТТ-1000ТУ) для выработки щепы, контейнерный автопоезд ТМ-12 для вывозки щепы из лесосеки потребителю. Второй технологический процесс - машинизированный, где самая трудоемкая операция валки и пакетирования тонкомерных деревьев выполняется малогабаритной валочно-пакетируюшей машиной "Макери-ЗЗТ", все последующие операции выполняется гак и в первом варианте.

Из анализа особенностей производства щепы следует, что разработанные технологические процессы и системы машин обладают сложной структурой и относятся к сштемам с вероятностным характером воздействующих факторов. С точки зрения исследования операций разработанные системы машин по производству щепы является системами тесового обслуживания, универсальным методом решения которых является математическое моделирование. Математическая модель, являясь аналогом реального процесса, делает возможным сравнение многих вариантов решения поставленной задачи. Конечной целью математического моделирования технологических процессов и систем машин является поиск оптимальной структуры системы. Для успешного проведения оптимизационных расчетов необходимо выбрать показатели оценки эффективности оптимизируемой системы машин - критерии оптимизации. Исследуемые технологические процессы и системы машин должны удовлетворять социальным, экологическим, техническим, технологическим и экономическим требованиям. С этой точки зрения задача исследования таких систем будет многокритериальной. В своем исследовании мы воспользуемся одним из методов решения таких задач, часто применяемым на практике, заключающемся в. сведении многокритериальной задачи к однокритери-альной. Дри этом' ввделяется один (главный) показатель, который в ходе решения задачи стремятся обратить в максимум (минимум).,--а—на все остальные показатели накладывают некоторые ограничения.

Учитывая современную экономическую ситуацию в России, характеризующуюся переходом к рыночным отношениям, за основной критерий оп-

тимизации при сравнении различных вариантов систем машин принимаем прибыль, получаемую предприятием от реализации вырабатываемой щепы. В качестве дополнительных критериев эффективности принимаем энергоемкость и металлоемкость процесса, удельные капитальные вложения и производительность труда, оказывающие значительное влияние на эффективность производства. Основной критерий оптимизации параметров функционирования систем машин для производства щепы при рубках главного пользования, выраженный в виде целевой функции имеет вид.- ..

Пр - Ц * 0 - Зщ-Зс; (1)

где Пр - прибыль, получаемая предприятием от реализации щепы объемом 0, руб.;

Ц - цена реализации 1 м щепы, руб.;

О - объем щепы выработанный системой машин, пл. м .;

Зщ - суммарные затраты по системе машин на производство щепы объемом фц, руб.;

За - затраты на сырье (попенная плата)для производства щепы объемом 0, руб. Оптимальная величина параметра будет соответствовать максимуму целевой функции. Оптимальной величине параметра оптимизации функционирования системы машин должны соответствовать дополнительные критерии оптимизации, стремящиеся к своему минимуму. '

Эффективность работы систем машн для производства щепы при рубках главного пользования определяется природно-производственными условиями, которые по отношению к системе могут быть внешними и вкутреними. Внешние обусловлены действиями окружающей среды и чаще всего выступают в роли неуправляемых переменных, формируя стохас- ~ тичность действия условий эксплуатации. Внутренние факторы опреде^ ляются конкретной структурой системы и организацией ее использова- . ния. Структура системы машин определяется числом выполняемых операций технологического цикла, то есть, числом типов применяемых для этих целей тиий.'а также параметрами машин. При этом эффективность функционирования систем, дашин . в-значительной степени зависит: от числа "ийгоа'-машм в системе и от количества машин каждого типа; от надмтоет»' маши >'в -сиетемзуи .от надежности всей системы в целом; от выбора схемы'- взаимодействия, ' обеспечивающей работу смежных машин при простое 'одаой из.'них;'-Ьт параметров 'отдельных, машин системы, влияющих- ка их производительность.и не производительность всей скс-

темы.

Конечным результатом оптимизации является определение количества машин каждого типа в системе. Поэтому число машин каждого типа в качестве независимых переменных в математической модели диктуется необходимостью исследовния эффективности работы системы. Как показали исследования, на эффективность работы системы машин существенное влияние оказывает расстояние вывозгл щепы. С учетом изложенного выше для исследования были включены следующие факторы:

XI - число бензиномоторных пил (валочно-пакетирующих маки) в системе;

Ж - число трелевочных машин в системе;

ХЗ - число контейнерных автопоездов для вывозки щепы в системе;

Х4 - расстояние вывозки щэпы с лесосеки до нижнего склада или потребителя.

Исследованиями ЦНИИЮ, КарВИЮШа, СевНййПа установлено, что наиболее эффективна технология производства щепы в лесу на базе одной рубильной машины типа УРП-1 или Залмет П-1000ТУ, способных удовлетворить потребности леспромхоза с годовым объемом лесозаготовок до £00 тысяч куб.м. ГЬзтому при исследовании эффективности работы системы машин принималась одна рубильная машина Выбор интервалов варьирования количества машин каждого типа в системе производился с учетом средних значений производительности машин в зависимости от природно-производственных факторов. Задача оптимизации формулируется следующим образом: максимизировамизировать прибыль, получаемую предприятием от реализации щзпы, вырабатываемой системой машин при достижении оптимального количественного состава системы для заданных расстояний вывозки дапы.

В формализованном виде математическая модель оптимизации системы машин имеет следующий вид:

Пр - К XI, Х2, ХЗ, Х4 ) —> шх;~ О - {X XI, Х2, ХЗ, Х4 ) —> пах;

Е N11 *

Э - - —*- Ю1п ;

Е Р1 з

ш1п ;

С 2 )

<3

М

Ч

г < XI < 4 ;

2 < Х2 < б ;

2 < ХЗ < 8 ;

10 < Х4 < 50 ;

где Пр - прибыль, получаемая предприятием от реализации щепы,вырабатываемой системой машин а течении года;

0 - годовой объем щепы, вырабатываемый системой машин;

Э - удельная энергоемкость процесса производства щепы;

М - удельная металлоемкость процесса производства щепы;

В - комплексная выработка щепы на одного производственного рабочего;

К - удельные капитальные вложения на произвадство одного кубометра щепы;

XI, У2, УЗ, Х4 - независимые переменные;

1 - количество машин заданного типа в системе;

^ - количество типов машин в системе.

Анализ технологических процессов производства щепы на лесосеке показал, что они могут быть представлены как многофазные, многоканальные системы массового обслуживания. Анализ методов решения задач массового обслуживания позволил установить, что для исследования технологических процессов производства щепы при рубках главного пользования необходимо применение имитационного моделирования, поскольку применение традиционных аналитических методов невозможно из-за сложности анализируемых систем.

Для исследования функционирования систем машин для производства щепы при рубках главного пользования разработаны имитационные модели технологических процессов. Построение имитационных моделей было бшоля&но с использованием алгоритмического языка высокого уровня проблемной ориентации. 6Р53.- Имитационная модель системы машин для производства-щепы с использованием на заготовке деревьев бензиномо-торзда-ти'й--тракторов ЛКТ-80,-представленная в блочном виде, пока-вана.'на'рва. ^Имитационная 'модель содержит четыре сегмента, каздый кл ' которых - соответствует операции технологического процесса (типу применяемых кашя в системе) и 'позволяет .формировать систему машин переменного состазг. : . ';'.. :•■'. ■ - ; . -

С целью сокращения объема машинной (на ЭВМ) имитации .технологк-

Pire.1. Имитационная модель работы системы машин для производства щепы с использованием на заготовке тонкомерных деревьев бензиномоторных пил и малогабаритных "•ректоров ЛКТ-80, представленная в блочном виде

- гаг

ческих процессов принято решение использовать теорию планирования эксперимента. Для выполнения на ЭВМ имитации технологических процессов производства щепы на лесосеке необходимы данные о характеристиках предмета труда и параметрах функционирования машин.

В третьей главе приводятся теоретические и экспериментальные исследования параметров функционирования систем машин для производи- . ва щепы при рубках главного пользования, необходимых для исследования их методами имитационного моделирования. Перечень показателей, характеризующих работу систем машин, определен теоретическими исследованиями и включает временные показатели (время рабочих циклов машин), показатели производительности (цикловые нагрузки, выработку за рабочий цикл), показатели надежности машн (время безотказной работы, время устранения отказов), показатели условий работы систем машин. Учитывая вероятностный характер технологических процессов производства щепы, показатели их функционирования также носят вероятностный характер и, как правило, описывается определенными законами распределений. Исходным материалом для определения законов распределения этих показателей являются- экспериментальные данные, полученные в результате проведения фотохронометралных наблюдений за работой машин, входящих в' системы машин для производства щепы при рубках главного пользования.'

Предварительно были проработаны гипотезы о возможных законах распределения изучаемых показателей на основании анализа результатов аналогичных исследований.

По исследованиям В. И. Алябьева, А. К. Редъкина, И. В. Батина, Л. И. Ду-дюка, И. К Турлая и многих других продолжительности интервалов времени между прибытиями трелевочных тракторов и автопоездов на погрузочные пункты, интервалы обработки лесоматериалов на машинах и станках лесозаготовительного производства могут иметь композицию законов Эрланга я экспоненциального. Рабочий цикл лесозаготовительных машин по исследованиям М. Ю.Маруикея имеет вид закона Гаусса. Время непрерывной работы и время устранения неисправности лесозаготовительных машин по исследованиям В. П. Шмцова, В П. Тюкавина и других не противоречит экспоненциальному закону распределения.

Таким образом, целью статистических исследований явилось подтверждение предполагаемых законов распределения исследуемых показа-

телей, определение параметров этих распределений, проверка согласия теоретических и эмпирических распределений по критериям согласия.

Анализ статистического исследования' экспериментальных данных о потоках древесины, поступающих на обработку к машинам системы, показал следующее:

выходящий после ВПМ "Макери-ЗЗТ" поток пачек тонкомерных деревьев - дискретный, ординарный. Он является входящим потоком для последующей операции-трелевки. Распределение объмов пачек тонкомерных деревьев , формируемых ВПМ "Макери-ЗЗТ" за рабочий цикл,может быть с достаточной точностью аппроксимировано нормальным законом (Гаусса) с параметрами VI и . Плотность распределения величины VI при VI-X имеет вид: у)^

Те/ ;

Функция распределения величины VI следующая:

- - 'х-VI

¿4

( 4 )

где VI - математическое ожидание объмов пачек тонкомерных деревьев, формируемых ВПМ "Макери-ЗЗТ" за рабочий цикл;

81 - среднеквадратическое отклонение;

ноР,я<Рова,и''ая дифференциальная функция Лапласа.

Сравнение эмпирических распределений с теоретическими производилось по критерию Пирсона. На рис. 2а. показаны плотность и функция эмпирических (гистограммы и ломаные кривые) и соответствующих им теоретических (плавные кривые) распределений величины VI для различных лесорастительных условий эксплуатации ВПМ "Макери-ЗЗТ".

2. Законом Гаусса может быть тают аппроксимировано распределение объемов пачек тонкомерных деревьев Чч, доставляемых трелевочными тракторами к рубильной машине за один рейс.

3. Распределение объемов пачек тонкомерных деревьев У2, формируемых в процессе валки бензиномоторкыми пилами за рабочий, не противоречит распределению Зрланга с параметром К-3, Плотность случайной величины У2 при У2-Х имеет вид:

М-

_ к-/ -х.

х • е

где К - параметр потока Эрланга.

Плотность и функция эмпирических и соответствующих им теоретических распределений величины V2 для различных лесозаготовительных предприятий представлена на рис. 26.

Статистическое исследование распределений, характеризующих продолжительности циклов работы отдельных машин системы, позволило установить следующее:

1. Ерэменя формирования одной пачки тонкомерных деревьев в процессе валки вальщиком с помощником tl соответствует распределению Эрланга с показателем К-3 и представлено на рис. 3. б;

2. Длительности циклов формирования пачки тонкомерных деревьев ВПМ "Макери-33" Ь2 (рис. & а), продолжительности циклов набора и трелевки пачки тонкомерных деревьев из лесосеки к рубильной машине трелевочными тракторами ЛКГ-80 (ТБ-1, ТДГ-55) t3, а также интервалы времени, затрачиваемые передвижной рубильной машиной УРП-1 (Валмет ТТ-1000ТУ) на измельчение тонкомерных деревьев объемом 14, пл. м.куб. (объем контейнера автошэпоЕоза ТИ-12)' t4, соответствуют закону норм&тьного распределения;

3. Интервалы времени между последовательными прибытиями автоше-повозов в лесосеку на площадку к рубильной машине t5 могут быть аппроксимированы экспоненциальным законом распределения. Плотность распределения величины Аащ имеет вид:

(6) '

где ^ащ - интенсивность поступления контейнерных автопоездов ТМ-12 в лесосеку к рубильной машине.

17 С V)

Существенное влияние Еа производительность отдельных машин системы и следовательно на производительность и эффективность работы всей системы малин по производству вепы оказывает надежность машин. Основными показателями, характеризующими надежность машин, является наработка на отказ (Тбр) и время восстановления (Тв). В исследованиях, выполненных А. К. Редькинъм, А. Т. Гурьевым, Ы. 1й Марушкеен, Е. К. Пашкиным, В. П. Тккавиным, Ф. П. Пановым и другими, доказывается что наработка на отказ и время восстановления для лесозаготовитель-

К

Рис.2. &млирические и теоретические (плавные криьые) распределения объемов пачек тонкомеркых деревьев, формируемых в а цикл а.) ьадо'аЮ'Пзкетирую^й Яшиной "иаксри-ЗЗТ" 0) Оенаи.кошторной лхлоя МЛ-5 "Урал-2"

а)

6 )

рис. 3. Эмпирические и теоретические Iплавные кривые) распределения длительности циклов формровакия п^чек тонкомерных деревьев а) ьалочьо-пакс-ти^ухи^й м'оьикой "М^ри-заТ" о) бен&иномотпрной пилой мЛ-Ь "Урал-?."

Pß)

пых машин не противоречит экспоненциальному закону, т.е. плотности распределения Ееличин Ам и Abi имеют вид:

\ Г,-boi-t .

~ Ло; -е , С 8 >

р(*) = Лвге~*аг*; (9)

где Ал - интенсивность отказов отдельной машины каждого вида в системе;

интенсивность восстановления отдельной машины каждого вида в системе.

\ 1

Ли -

Tefii > ( 10 )

i

Гв1 > СИ)

где ТСр - среднее значение продолжительности интервалов безотказной работы отдельной машины кадцого вида в системе;

Тв4 - среднее время восстановления работоспособности отдельной машины каждого вида в системе.

Параметры законов распределений, полученные в результате статистической обработки экспериментальных данных, использованы при имитационном моделировании технологических процессов производства одзпы из тонкомерных деревьев при рубках главного пользования.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований разработанных технологических процессов производства щэпы на имитационных моделях, выполненные с целью оптимизации их структуры с учетом природно-проиэ водет венных условий применения. Для ре- • шения задачи выбора оптимальной структуры систем машин для производства щепы в лесу при рубках главного- пользования использованы мгтоды статистического моделирования. Для реализации указанного метода "бы.! .разработан комплекс программ, обеспечивающий проведение [мвоп^^о^^^пёрнмекгав;, с имитационными моделями систем машин и^атйОТ^Ь^^'^й^!^/^/»!^^ экспериментов. ;

варьируемых'.факторов и интервалы их варьирования, для . , моделирования решение,' задачи проводилось с применением ттемагической теории планирования

эксперимента. Вследствие неадекватности линейных регрессионных моделей, был реализован эксперимент в соответствии с композиционным планом второго порядка типа В4, близкого к D-оптимальному, построенному на кубе, где фгисгоры варьируются на трех уровнях. Имитационные эксперименты проводились на ЭВМ EC-10S5.

В результате обработки данных имитационных экспериментов были получены регрессионные зависимости для параметров, принятых в качестве критерия эфективности исследуемых систем машин. Расчет коэффициентов регрессии производился по стандартной программе "Factor" на ЭВМ ЕС-1055. ГЬлученные уравнения регрессии для годовой прибыли адекватны и в натуральных обозначениях факторов имеют вид:

Для системы машин с ручной валкой тонкомерньи деревьев:

Ц)1 - 28388 4 29672*Х1 + 5459*Х2 - 29384*X3 - 12408*Х4+

+ 33799*Х1*У2 + 12289*Х1*ХЗ - 1С326*Х1*Х4 + 14203*X2*X3 -

- 11363*X2*X4 + 145Со*ХЗ*Х4 - 35022*Х1*Х1 -

- 29885*Х2*Х2 - 195в7*ХЗ*ХЗ + 17778*Х4*Х4 ; ( 12 )

Для системы машин с машинной заготовкой тонкомерных деревьев:

> Пр2 - 38777 + 7091*Х1 - 5318*Х2 - 13948*X3 - 23812*Х4 +

+ 20982*Х1*Х2 + 8742*Х1*ХЗ - 6807*Х1*Х4 + 11008*Х2*ХЗ -

'' ■ - 9005*Х2*Х4 + 24881*ХЗ*Х4 - 15524*Х1*Х1 -

, -i 36281*Х2*Х2 - 42368*X3*X3 +■ 10788*X4*Xi j ( 13 )

'■ ' 1 ■ . где Пр1, Пр2 - прибыль от реализации годового объема щепы, выработанного соответствующей системой маши. ' Исследования регрессионных уравнений 12-13 показали, что параметры XI.. ..Х4 оказывают существенное влияние на эффективность работы рассматриваемых систем машин. Характер влияния основных факторов на эффективность работы систем машин представлен на рис. 4а, б.

Определение оптимального состава систем машин для производства депы из тонкомерньк'деревьев при рубках главного пользования осуществлялось следующим образом. Используя соотношения 12... 13,-явля1 щиеся параметрами оптимизации, вычислялась эффективность исследуемых систем при различных сочетаниях машин в системах ( XI...ХЗ ) для трех значений расстояния вывозки ( Х4 ). Оптимальными будут

i-I / / >/ // < уЬ/ X / у ^ У л 1 ^ 1 и!

v \ \ / ✓

1ч \\ \\ /i4 ч

чч \ ч s > ■ «Ч s. ^

£ í

й a i

* i ,

с X S о î ё I '

2 ? а л е- 1 «

§ s О О S S § 1 s a

s" l

« й J

Si

í s

INI

rili «I

X * * Ë

S £ й 2 S í ( S

Pill .»ft • ЙЙ Я

> «Г '/

- у"

h 2

С *

8.5

к s

я«

gs

äl

о

о. ьн ь л о о

1 » .to,

¡истеш машин, позволяющие получать максимально возможную прибыль Ipi при следующих ограничениях:

Qi —>■ max; Mi—>-min; Ki —»-min; Bi—i»- max; 1 < XI < 4; 1 < X2 < 7; 1 < X3 < 8; 10 < YA < 50; ( 14 ) Совокупность выражений 12... 14 представлает собой оптимизацион-iy» модель, которая позволила определить оптимальную структуру систем машин. Так для лесозаготовительных предприятий , имеющих ресурсы тонкомерной древесины в объеме 10-12 тыс. м. куб. в год оптимальной будет система машин, включающая две беизиномоторные пилы, гри трелевочных трактора ЛКТ-80, одну рубильную машину УРП-1 и isa-три контейнерных автопоезда в зависимости от растояния вывозки. }ри объемах переработки сырья 13-15 тыс. м. куб. ог.гимальная система имеет следующий состав: три беизиномоторные пилы, пять трелевоч-ibix тракторов, одна рубильная машина и от двух до четырех контей-герных автопоездов при расстоянии вывозки от 10 до 50 км.

Машинизированная система машин для объемов заготовки и перера-5отки на адэпу 10-12 тыс. м. куб. тонкомерных деревьев должна иметь штимальную структуру в составе: две малогабаритные ВШ "Макери", гри трелевочных трактора ЛКТ-80. одну рубильную машину УРП-1, два-гри контейнерных автопоезда ТМ-12 при варьировании расстояния вы-зозки от . 10 до 50 км. При объемах тонкомерной древесины для выра-5отки щепы 15-16 тыс. м.' куб. в год оптимальной будет система машин :ледующего состава: , три ВПМ "Макери", четыре трелевочных трактора 1KT-8Q, одна рубильная машина УРП-1 и от трех до пяти контейнерных звтопоездов ТМ-12.

Здесь же приводится расчет экономической эффективности внедрения з промышленность разработанных технологических процессов и систем тин для производства щепы из тонкомерных деревье при рубках главного пользования. Для этого были проведены исследования возмо.таос-?ей потребления зеленой щепы предприятиями по производству древесин плит и гидролиза в Европейско-Уральской зоне, определившие эти эозмодаости в 3,5 млн. м. куб., а также возможности поставок щепы в ¡том регионе из условий лесосырьевой базы и примыкания к потребители, составляющие 2,1 млн. м. куб. Учитывая вышеизложенное была определена возможная прибыль отрасли от лоизводства щепы, составляющая ',04 млн.руб. (в ценах 1990 г.).-

- 2и

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИЙ

1. С целью эффективного вовлечения в переработку.тонкомерных деревьев при рубках главного пользования разработана малоотходная технология лесосечных работ, заключавшаяся в предварительной выборке тонкомера в процессе основных рубок теш же машинами и механизмами, которые выполняют основные лесозаготовительные операции, либо до проведения рубок главного пользования специальными малогабаритными машинами и переработке заготовленного тонкомера пачковыми методами, например, передвижной рубильной машиной на технологическую щепу. Для реализации малотходной технологии разработаны две. системы машин для производства щепы при рубках главного пользования, использующие на заготовке тонкомера : бензиномоторные пилы Ш-Б "Урал-2" (Тайга-214), либо малогабаритные ВПМ типа "Макери-ЗЗТ" и малогабаритные тракторы, способные работать под пологом леса.

2. 'Технологические процессы производства щепы из тонкомерных деревьев обладает сложной структурой с вероятностным характером воздействующих факторов. Эффективность работы систем машин определяется их структурой, а также зависит от природно-производственных условий эксплуатации систем машин. Для исследования подобных систем с целью оптимизаций параметров их функционирования наиболее приемле-* шм является аппарат теории- кассового обслуживания и имитации на ЭВМ. •

3. Для исследования систем машин по производству щепы были разработаны июггационные модели технологических процессов, которые реализованы на ЭВМ с использованием алгоритмического языка (згез, позволяющие определять эффективность работы систем машин в зависимости от структуры системы и природно-производственных условий работы.

4. Проведенные натурные исследования позволили получить необхо-димуи информацию для выполнения имитационного моделирования и.анализа двух систем машин. В результате исследований: определены параметры потоков, характеризующие поступление сырья к машинам для его переработки; определены параметры потоков, характеризующих обработку сырья машинами в зависимости от природно-производственных условий; определены параметры потоков, характеризующие надежность машин, входящих в системы.

5. В результате проведенного исследования получены регрессионные уравнения, позволяющие определять оптимальную структуру систем ма-

шин для производства щеин. Таи для леспромхозов с объемом заготиесг*; от 100 до 120 тыс. м. куб. древесины в год с ручной заготовкой древесины оптимальной б/дет система малин, имевшая в своем составе две бензиномоторные пилы Ш1-5 "Урал-2", три трелеЕочных трактора ЛКТ-80 (Т-40АЮ, одну рубильную машину УРП-1 (Валмет ТТ-ЮООТУ) и два-три контейнерных автопоезда ТМ-12 при расстоянии вьвозки от 10 щ 50 км. Применение такой системы машин позволит заготавливать от 10 до 12 тыс. м. куб. щепы, получая при этом годовую прибыль от 35 до 76 тыс. руб. (в ценах 1990г.) и достигнуть комплексной выработки от 960 до 1190 куб. м. на основного рабочего в год. В лесозаготовительных предприятиях с объемом заготовки 200-3Ü0 тыс. куб. м. в год для полного использования тонкомерной древесины необходимо применение двух таких систем машин.

6. С целью машинизации одной из самых трудоемких операций технологического процесса-валки и пакетирования тонкомерных деревьев, а также улучшения условий труда была разработана и исследована система машин, -где валка и пакетирование тонкомерных деревьев осуществлялись малогабаритной финской ВПМ "Макери-ЗЗТ". Полученные в результате исследования регрессионные зависимости позволили определить оптимальную структуру таких систем машин. Так для леспромхозов с объемом лесозаготовок 100-150 тыс. куб. м в год оптимальной будет система, имеющая в своем составе две ВПМ "Макери-ЗЗТ", три трелевочных трактора ЛКТ-80, одну рубильную машину УИМ и лт двух, до четырех контейнерных автопоездов ТМ-12 при расстоянии вывозки щепы от 10 до 50 км.

7. Разработанные технологические процессы и системы машин для производства щепы при рубках главного пользования вошли в "Руководство по производству щепы на лесосеке", утвержденное Минлеспромом СССР.

8. Результаты исследований позволили сформулировать технические требования к' малогабаритным машинам для заготовки токкомерных деревьев, на основании которых разработаны Технические задания на малогабаритные валочно-пакетирующую и трелевочную машины, выпуск которых предусмотрен по программе конверсии на предприятиях оборонйо-го комплекса с 1996г.

9. Выданы рекомендации Минлеспрому СССР по оптимальному размещению оборудования по производству щепы при рубках главного пользова-

- 22 -

ния на предприятиях отрасли.

10. Теоретические и экспериментальные исследования подтвераде! в производственных условиях Крестецкого ЛПХ Т1Ю "Новгородлеспром" ЛПК им. Желябова ТГЮ "Вологдалеспром", а также на предприятиях Бел< руссии. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения сист< машин в промышленность в рекомендуемых объемах составит 7,< млн. руб. ( в ценах 1990 г. ).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работ!

1. Лесосечные отходы и современный лесозаготовительный процес Труды ЩБЖЭ/. - Химки. - 1979. -с. 103-106. (в соавторстве с Сух; новым Е С., Потаповой Л. А., Рюминой 3. IL )

2. Система машин для производства щепы в условиях лесосеки/ЦБН Гослесхоза СССР, экспресс-информация, -II- 1979, -с. 7-И. (в о авторстве с Сухановым В. С., Матюниным Е Я , Потаповой JL А. )

3. Комплексное использование древесного сырья//Лесоэксплуатац и лесосплав, Экспресс-информация, вып. 24 /ВШГОШлеспром. --1980. -11с. (в соавторстве с Сухановым ЕС.,- Потаповой Л А.)

4. Производство щепы в лесу // Лесная промышленность. - 1981. N12. - с. 7-8. (в соавторстве с Сухановым ЕС., Штаповой Л.А.)

5. Руководство- по производству технологической щепы на лесос ке.// Брощора ЩШНЭ/ Химки. - 1967. - 48с. (в соавторстве с Сух новым ЕС.)

6. Варианты малоотходной технологии. // Лесная промышленность. 1988. - N 10. - с. 17-18. (в соавторстве с Сухановым ЕС.)

7. Производство щепы на лесосеке: границы рентабельности. // Ле ная промьшенность. - 1988. - N 12. - с. 10-11. (в соавторстве с С

ханоЕым ЕС.)

8. Производство щепы в лесу на технологические и знергетическ цели // Лесоэксплуатация и лесосплав, -экспресс-информация, вып., ВШШйлеспром. - M. -1990. -9 с. (в соавторстве с Сухановым ЕС.

9. Производство щепы на лесосеке при рубках главного и промел точного пользования.- В кн. : Использование вторичных древесных г еурсоБ в производстве промышленных товаров/ Тезисы докл. на Бсесс зкой научя.-техн. конференций.-И: 1990, с. 142-144.