автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Оптимизация раскряжевки сосновых и дубовых хлыстов при проведении проходных рубок

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ТЕШ ДИССЕРТАЩИ,

ЦЕЛЬ И ЗДЦАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ ' Ю

1.1. Существующая практика раскряжевки хлыстов при проходных рубках

1.2. Состояние изученности вопроса раскряжевки хлыстов при проходных рубках . II

1.3. Цель и задачи исследований

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СОСНОВЫХ И ДУБОВЫХ

ХЛЫСТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ПРОХОДНЫХ РУБКАХ

2.1. Методика исследования формы хлыстов . и

2.2. Уравнения образующей сосновых и дубовых хлыстов

2.3. Анализ уравнений образующей сосновых и дубовых хлыстов

Глава 3. ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СОСНОВЫХ

И ДУБОВЫХ ХЛЫСТОВ ПРИ ПРОХОДНЫХ РУБКАХ

3.1. Методика исследования раскряжевки хлыстов

3.2. Экономико-математические модели хлыстов

3.3. Анализ точности и устойчивости экономико-математических моделей.

Глава 4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДРЕВЕСНЫХ СТВОЛОВ

СОСНЫ, ДУБА И ИХ СУЧЬЕВ

4.1. Методика экспериментальных исследований формы древесных стволов и их сучьев

4.2. Уравнения образующей древесных стволов, сучьев сосны и дуба

4.3. Анализ математических моделей, их научное и практическое значение .40.

4.4. Сравнительная оценка математических моделей древесных стволов сосны, дуба и их хлыстов.

Глава 4. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АППАРАТ ТЕОРИИ РАСКРОЯ СОСНОВЫХ, ДУБОВЫХ ХЛЫСТОВ И ОПТИМИЗАЦИИ ИХ РАСКРЯЖЕВКИ

5.1. Математический аппарат теории раскроя хлыстов по принятой схеме раскряжевки

5.1.1. Выход круглых лесоматериалов в оптовых ценах при раскрое сосновых хлыстов

5.1.2. Выход круглых лесоматериалов в оптовых ценах при раскрое дубовых хлыстов

5.2. Математический аппарат теории оптимизации раскряжевки хлыстов

5.2.1. Алгоритм оптимизации раскряжевки хлыстов

5.2.2. Метод максимизации целевых функций раскроя хлыстов

Глава 6. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ОПТИМИЗАЦИОННЫХ РАСЧЕТОВ НА ЭВМ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ОБЪЕМА И ТОВАРНОГО ВЫХОДА СОРТИМЕНТОВ В ОПТОВЫХ ЦЕНАХ ■

6.1. Качественное состояние сосновых и дубовых хлыстов .'

6.2. Цилиндрический объем древесины бревен.

Товарный выход круглых лесоматериалов в оптовых ценах

6.3. Посортный выход круглых лесоматериалов

Глава 7. ОБЪЕМ ДРЕВЕСИНЫ СУЧЬЕВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ

ПРОХОДНЫХ РУБКАХ

7.1. Анализ использования сучьев при проходных рубках

7.2. Объемный выход древесины сучьев сосны и дуба при проходных рубках

7.3. Рекомендации по использованию древесины сучьев при проведении проходных рубок

Глава 8. ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ДЕРЕВЬЕВ ОТ СУЧЬЕВ И РАСКРЯЖЕВКИ ХЛЫСТОВ ПРИ ПРОХОДНЫХ РУБКАХ

8.1. Анализ существующей технологии очистки деревьев от сучьев и раскряжевки хлыстов

8.2. Методика эеспериментальных исследований технологии очистки деревьев от сучьев и раскряжевки хлыстов при проведении проходных рубок

8.3. Результаты исследований технологии очистки деревьев от сучьев, раскряжевки хлыстов и их анализ

8.3.1. Очистка деревьев от сучьев

8.3.2. Раскряжевка хлыстов

8.4. Рекомендации по технологии очистки деревьев от сучьев и раскряжевки хлыстов при проходных рубках

Глава 9. РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ . ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОПТИМИЗАЦИИ РАСКРЯЖЕВКИ ХЛЫСТОВ ПРИ ПРОХОДНЫХ РУБКАХ - -

9.1. Рекомендации производству по раскряжевке хлыстов при проведении проходных рубок

9.2. Расчет экономической эффективности оптимизации раскряжевки

9.2.Х. Методика расчетов

9.2.2. Расчеты экономической эффективности.

Лееосырьевые ресурсы являются разнообразными по возрасту, составу пород, условиям произрастания. Это позволяет полностью удовлетворять растущие потребности народного хозяйства в лесопро-дукции.

Директивами ХХУ1 съезда КПСС по одиннадцатой пятилетке предусматривается обеспечение дальнейшего развития лесозаготовительной промышленности, улучшение условий труда и быта на лесозаготовках, более полное использование лесосырьевых ресурсов в европейской части СССР, без ущерба для окружающей среды, значительное повышение комплексности переработки древесного сырья, увеличение объема выпуска продукции на 17 - 19 процентов, повышение производительности труда на 16 - 18 процентов.

Интенсивное развитие промышленности и других отраслей народного хозяйства требует все больше древесины, следовательно, возрастает объем лесозаготовок. При этом возникает необходимость разумного и бережного использования лесных богатств с тем, чтобы удовлетворять нужды народного хозяйства не только путем организации новых лесозаготовительных предприятий и ввода дополнительных производственных мощностей в действующих леспромхозах, но в большей мере за счет лучшего использования заготовляемой древесины.

Необходимо при этом улучшить использование всех имеющихся резервов ; значительно расширить объемы рубок ухода. Являясь важнейшим лесохозяйственным мероприятием, направленным на формирование высокопродуктивных лесов будущего, рубки ухода служат источником получения древесины на всем протяжении роста насаждений.

Особенностью рубок ухода является то, что при их проведении заготавливают преимущественно сухостойные, буреломные, больные ( пораженные грибковыми заболеваниями и вредителями ), искривленные, с сильноразросшейся и низкоопущенной кроной с толстыми сучьями, пасынками и развилками, сильносбежистые деревья [44] .

В XI пятилетке они будут проведены на больших пйощадях, причем только в молодняках - на 8256 тыс. га. От прореживания, проходных и санитарных рубок намечено получить'более 200 млн.м3 ликвидной древесины [ 3 ] .

Наличие таких запасов открывает дополнительные возможности для внедрения при проведении проходных рубок более рациональных методов раскряжевки хлыстов с учетом их размерно-качественных характеристик .

Фактически при проходных рубках раскряжевка хлыстов проводится у пня и реже на складе. При этом условия обзора, оценки качества стволовой древесины являются неудовлетворительными. Поэтому обычно хлысты раскряжевываются слепым раскроем на бревна одинаковой длины, для удобства вывозки бревен. При этом не учитываются закономерности расположения сучковых зон хлыстов, кривизны, гнили и других пороков древесины.

Следовательно, используемые на практике приемы раскряжевки хлыстов при проходных рубках не обеспечивают выпуск круглых лесоматериалов высокого качества по ГОСТ.

В научных публикациях СССР и зарубежных стран нет никаких сведений по оптимизации раскряжевки хлыстов при проходных рубках.

От правильности раскряжевки каждого хлыста зависит эффективность дальнейшей переработки круглых лесоматериалов.

Поэтому тема работы представляет научный и практический интерес.

В диссертации разработаны математические, экономико-математические модели по 6 размерно-качественным группам хлыстов Р'шиБ БИуеБ'Ыв I. ( сосна обыкновенная ) и (Зиегси$ ГоЬиг I. ( дуб ), полученных при проходных рубках. С помощью этих моделей на ЭВМ определены оптимальные схемы раскроя, позволяющие максимизировать объемный и товарный выход круглых лесоматериалов в оптовых ценах. Разработаны также математические модели сучьев сосны и дуба, определен выход древесины сучьев, оставляемых в лесу при проходных рубках.

Установлено совпадение формы боковой образующей древесных стволов и их сучьев.

Изучена существующая технология обрубки сучьев и раскряжевки хлыстов, предложена более эффективная технология заготовки сор тиментов при проведении проходных рубок.

Для проходных рубок разработаны практические рекомендации по раскряжевке хлыстов с учетом их размерно-качественных характеристик. Предложены мероприятия по улучшению использования древесины хлыстов и сучьев.

Определены технико-экономические показатели решения задач оптимизации раскряжевки хлыстов сосны и дуба.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время одной из основных задач лесного хозяйства и лесной промышленности является комплексное использование имеющихся лесных ресурсов с сокращением потерь древесины. Поэтому и на проходных рубках целесообразно применять более прогрессивные методы и приемы первичной обработки древесины.

Тема диссертационной работы представляет научный и практический интерес, так как существующая практика раскряжевки хлыстов от проходных рубок у пня, на верхнем или нижнем складах не обеспечивает получение наибольшего объемного и качественного выхода круглых лесоматериалов.

В результате проведенных исследований в диссертации решен ряд теоретических и практических задач улучшения использования древесины хлыстов при проходных рубках.

I. Научное значение полученных результатов исследований

1.1. Для районов Воронежской области разработаны математические модели образующей сосны и дуба, описывающие геометрическую форму хлыстов этих пород, полученных при проведении проходных рубок. Оценка точности этих моделей показала их хорошую адекватность. Наличие таких уравнений позволяет использовать метод оптимизации раскроя хлыстов в условиях проходных рубок.

1.2. Получены экономико-математические модели, отражающие размерно-качественные характеристики сосновых и дубовых хлыстов при проведении проходных рубок. Проверка этих моделей по 1- -критерию Фишера показала их приемлемую адекватность.

Экономико-математические модели показывают изменение оптовой цены единицы объема древесины по длине хлыстов, сгруппированных по размерно-качественным характеристикам. Применение таких моделей обеспечивает с достаточной точностью решение задач оптимизации раскроя хлыстов с максимизацией выпуска сортиментов круглого леса в оптовых ценах.

1.3. Разработаны математический аппарат и соответствующий алгоритм оптимизации раскроя хлыстов по максимальному цилиндрическому объему и максимальным оптовым ценам круглых лесоматериалов. Значение этого аппарата состоит в том, что при его реализации получается наибольший объемный и качественный выход круглых лесоматериалов.

1.4. Найдены математические модели древесных стволов и их сучьев. В результате изучения этих моделей установлено, что по боковой образующей, древесные стволы и их сучья имеют единую форму. Научное значение этого вывода заключается в том, что при учете объема сучьев и решении задач их использования можно применять соответствующие формулы древесных стволов.

1.5. Для лесных массивов, где проведены эксперименты, составлен набор оптимальных схем раскроя хлыстов сосны и дуба. Полученное наиболее оптимальное сочетание длин круглых лесоматериалов обоснованно доказывает целесообразность раскряжевки хлыстов на сортименты разных длин по ГОСТ, обеспечивающих максимальный выход круглых лесоматериалов по цилиндрическому объему и в оптовых ценах. Это, в свою очередь, показывает научные возможности метода оптимизации раскроя хлыстов при проходных рубках.

1.6. Определен объем древесины сучьев сосны и дуба, пригодный для промышленного использования. Анализ полученных зависимостей выхода древесины сучьев показал, что их объем зависит также от качественного состояния хлыстов.

2. Значение реуультатов исследований для практики лесного хозяйства и лесной промышленности

2.1. Полученные уравнения образующей сосны и дуба могут быть использованы для составления на ЭВМ хлыстовых таблиц.

2.2. Найденные на ЭВМ оптимальные сочетания длин круглых лесоматериалов могут служить исходными данными при составлении сор-тиментного плана, обеспечивающего максимальное использование стволовой древесины.

2.3. Объем древесины сучьев сосны и дуба, пригодный для промышленного использования, составляет для сосны и дуба соответственно 4,5% и 5,1% от запаса древесины на I га. Полученные данные позволяют прогнозировать ресурсы древесины сучьев при отводе лесосек проходных рубок и наметить соответствующие технологические решения их использования.

2.4. На основе экспериментальных исследований разработаны рекомендации по технологии очистки деревьев от сучьев и раскряжевки хлыстов, даны рекомендации по оптимизации раскроя хлыстов. Эти рекомендации способствуют улучшению использования древесины при проведении проходных рубок. При этом цилиндрический объем круглых лесоматериалов систематически увеличится до 3,0% для сосны и 2,97о для дуба, а их оптовые цены повысятся до 25,9% для сосны и 34,9% для дуба.

2.5. Внедрение в производство проходных рубок оптимальных схем раскроя сосновых и дубовых хлыстов позволит увеличить среднюю оптовую цену I м3 круглых лесоматериалов сосны на I р. 59 коп., для дуба на 3 р. 60 коп.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М., Политиздат, I98X.

2. Анучин Н.П. Лесная таксация. М.-Л., Гослесбумиздат, 1980.

3. Атрохин В.Г., Желдак В.И. Прореживания и проходные рубки на основе комплексной механизации. Конспект лекции. Пушкино, 1982.

4. Барышников А.И., Харлампович Б.К. Пути повышения выхода деловой древесины. Издат. "Лесная промышленность", М., 1964.

5. Быков E.H. Промышленное использование ветвей и сучьев. Журн. "Лесная промышленность", 1977, № 4.

6. Быков E.H. Древесная зелень ценное сырье. Журн. "Лесная промышленность", 1978, № 2.

7. Быков E.H. Как использовать древесину сучьев. Журн. "Лесная промышленность", 1982, № 2.

8. Вараксин Ф.Д., Ступнев Г.С. Основные направления технического прогресса лесной и деревообрабатывающей промышленности. М., . лесная промышленность, 1974.

9. Виноградов Г.К. Лесосечные работы. М., "Лесная промышленность", 1981.

10. Временные методические положения и рекомендации по определению экономической эффективности научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ лесозаготовительной промышленности. Химки, изд. ЦНИИМЭ, 197I.

11. Высочанский В.Т. Древесные отходы взамен жидкого топлива. Журн. "Лесная промышленность", 1975, № 5.

12. Вячеславов H.A. Об исследовании и обосновании оптимальных вариантов раскряжевки тонкомерных частей хлыстов. ЦНИИМЭ, Труды "Экономика и организация лесозаготовительного производства", 117 с. 170 179, Химки, 1972.

13. Глазов Н.М. Статистический метод в таксации и лесоустройстве. М., "Лесная промышленность", 1976.

14. Голиков В.В. Некоторые данные исследования объема и сбега сучьев пихты сибирской. Сб. материалов конференции по итогам научно-исследовательских работ за 1961 г., С1И, Красноярск, 1962.

15. ГОСТ 9463-71. Лесоматериалы круглые лиственных пород. М., .1971.

16. ГОСТ 9463-72. Лесоматериалы круглые хвойных пород. М., 1972.

17. Даугавиетис М.О. Исследование технологических вариантов первичной переработки тонкомера из рубок прореживания. Автореф. канд. дис. Елгава, 1972.

18. Деркач Э.П. Комплексная переработка древесины за рубежом. Экспресс-информация по зарубежным источникам. ( ВНИИИЭлес-пром э). М., 1979.

19. Дорин В.В. Пути решения проблемы очистки деревьев от сучьев. ЦНИИМЭ, Труды "механизация обрезки сучьев", Химки, 1978.

20. Дреска А.Я. Исследование технологических вариантов первичной обработки тонкомерных деревьев на нижних лесных складах. (На примере Латв. ССР ). Автореф. канд. дис. Л., 1980.

21. Желдак В.И., Броздниченко H.H. Использование многооперационных машин на проходных рубках. Журн. "Лесное хозяйство", 1981, № II.

22. Запольский Б.А., Кармадонов А.Н. Дискретный метод определения размерно-качественных характеристик хлыстов. КарНИИЛП., сб. "Механизация и автоматизация лесозаготовительного производства". Петрозаводск, "Карелия", 1974.

23. Запольский Б.А., Степанов Г.А. Способ производства сортиментов при поставной раскряжевке хлыстов. КарНИИЛП., сб. "Механизация и автоматизация лесозаготовительного производства". Петрозаводск, "Карелия", 1974.

24. Захаров В.К. Лесная, таксация. М., Госиздат "Высшая школа", 1961.

25. Зеленко Е.И., Кащеев A.A. Машины для заготовки и транспортировки щепы. Журн. "Лесная промышленность", 1982, № 10.

26. Зима И.М., Малюгин Т.Т. Механизация лесохозяйственных работ. Изд. 3-е, перераб. и доп. М., "Лесная промышленность", 1976.

27. Иевень И.К. Техника и технология работ на рубках ухода за лесом. Журн. "Информатор", 1969.

28. Иевинь И.К., Кажемак А.Я. Проблемы технологии рубок ухода. Издат. "Зинатне", Рига, 1973.

29. Иевинь И.К. Научно-технический прогресс и рубки ухода. Вопросы технологии. В кн.: "Технология и техника рубок ухода за лесом ( по итогам международного совещания специалистов стран-членов СЭВ ) в странах СЭВ". Вильнюс, "Минтис", 1974.

30. Иевинь И.К., Галванс У.И. и другие. Комплексное использование древесины при рубках ухода ( сырье, заготовка, переработка ). М., "Лесная промышленность", 1976.

31. Изюмский П.П. Рубки промежуточного пользования в равнинных лесах. М., "Лесная промышленность", 1969.

32. Ицкович Я.А. Исследование размерно-качественной характеристики соснового и лиственничного сырья Ангаро-Енисейского района с целью повышения качественного выхода пиломатериалов экспортного назначения. Автореф. кацд. дис. Красноярск, 1980.

33. Кайя Ж. Математические и экономико-математические модели стволов сосны и дуба при проходных рубках. ЦБНТИлесхоз, "Депонированные рукописи № 8 ( 216 ), М., 1983.

34. Кайя Ж. Выход древесины сучьев сосны и дуба при проходных рубках. ЦБНТИлесхоз, "Депонированные рукописи № 8 ( 217 ), М., 1983. '

35. Кевиньш Ю.Ю. Механизация заготовки древесной зелени и щепы из лесосечных отходов. Обзор: Рига, ЛатНИИТНТ, 1980.

36. Косяков М.Н., Прокопчук В.Д. Использование лесосечных отходов, тонкомерной древесины и технической зелени. Журн. "Лесное хозяйство", 1979, № 2.

37. Кочегаров В.Г., Федяев Л.Г., Лавров И.А. Технология и машины лесосечных и лесовосстановительных работ. М., изд-во "Лесная промышленность", 1970.

38. Кушляев В.Ф. Система "человек лесная машина", Журн. "Лесное хозяйство", 1971, № 6.

39. Леванов В.Е., Сиротов В.И. Организация, планирование и управление производством в лесной промышленности. М., "Лесная промышленность", 1983.

40. Лесоматериалы круглые.: Леонтьев Н.Л., Акиндинов М.В., Коре-невич Л.М., Маковеева Н.Ф. М., "Лесная промышленность", 1970.

41. Лесохозяйственный справочник для лесозаготовителя. Судьев Н.Г.,46