автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Оценка ресурсов лесосечных отходов и эффективности их сбора и переработки на щепу в условиях лесосеки

и 6 Ой

государственный комитет российской федерации

3 о лог 1393ю высшему образованию

москов скии

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА

На правах рукописи удк 630.839-493 ЩЕРБАКОВ Евгений Николаевич

ОЦЕНКА РЕСУРСОВ ЛЕСОСЕЧНЫХ ОТХОДОВ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ СБОРА И ПЕРЕРАБОТКИ НА ЩЕПУ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСЕКИ

Специальность 05.21.01 — «Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок»

а в т о р е ф ер а т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Л\ о с к .в а —

1993

Работа выполнена на кафедре механизации лесозаготово Московского государственного университета леса.

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор А. К. Редькин.

Научный консультант —кандидат технических наук,

профессор В. Д. Никишов.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор М. Н. Симонов;

кандидат технических паук, доцент О. С. Ватковский.

Ведущая организация — ВНИПИЭИлеснром.

Автореферат разослан « 9. 1993г.

Защита диссертации состоится « . I

в . "/Р. часов на заседании специализированного совета

Московском государственном университете леса.

Просим Ваши отзывы на автореферат в ДВУХ ЭКЗЕМП ЛЯРАХ ОБЯЗАТЕЛЬНО С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯ МИ направлять по адресу: 141001 г. Мытищи-1, Московска: обл., МГУЛ, ученому секретарю

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУЛ

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор 10. П. Семенов.

Подп. в неч. 9.07.93 г. Объем 1 п. л. Зак. 397 Тир. 101

Типография МГУЛ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Неуклонно растущие объемы потребления февесной продукции не могут на сегдняшний день покрываться за :чет увеличения объемов лесозаготовок. Следовательно,эта потребность должна быть удовлетворена за счет заменителей,сырьем уш которых могут служить лесосечные отходы. По данным натурных збследований лесосек,пройденных сплошными рубками,проведенных АЛТИ и рядом других институтов,на лесосеках остается 10-30% лесосечных отходов от объема заготавливаемой древесины.

Наиболее перспективным направлением использования лесосечных отходов признано производство технологической и топливной щепы в условиях лесосеки. Однако уровень использования отходов в настоящее время остается очень низким из-за несовершенства,главным образом,средств и методов для объективной оценки их ресурсов и отсутствия методических рекомендаций по оценке эффективности сбора и переработки лесосечных отходов.

Наличие информации об объемах,концентрации отходов,их размерно-качественных характеристиках,является основополагающим при выборе направлений использования отходов,оценке эффективности их сбора и переработки,при выборе рациональных технологических схем их освоения,а также служит фундаментом -при проектировании ноеых машин и оборудования. Существующие методы оценки древесного сырья не отвечают требованиям оперативности и доступности.

Цель работы. Разработка метода оценки ресурсов и размерно-качественных характеристик лесосечных отходов и обоснование эффективности их сбора и переработки на щепу в условиях лесосеки.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

- обосновано перспективное использование метода линейных пересечений (МЛП) для оценки ресурсов лесосечных отходов, применительно к отечественным условиям лесозаготовок;

- создана теоретическая модель оценки ресурсов и размерно-качестЕенных характеристик лесосечных отходов на основе МЛП; -

разработан и реализован посредством имитационного моде-

лирования на ЭВМ алгоритм оценки ресурсов лесосечных отходов ШШ;

- установлены зависимости .позволяющие определить длин: линии отбора,необходимую для оценки ресурсов лесосечных отходоз с требуемым уровнем точности;

- создана теоретическая модель,и разработан алгоритм процесса сбора и транспортировки лесосечных отходов подборщиком манипуляторного типа.

Практическая значимость проведенных ¡исследований состоит в том,что на их основе разработана методика,и обоснован мето; для оценки ресурсов лесосечных отходов,позволяющий повысит] производительность, снизить трудоемкость выпоняемых работ i сократить время исследований на 70% по сравнению с традиционными методами. Разработана ЭВМ-программа оценки эффективности сбора и переработки лесосечных отходов на щепу в условиях лесосеки.

Реализация работы. Методика оценки ресурсов лесосечных отходов и рекомендации по их сбору и переработке реализованы ш предприятиях Московского лесохозяйственного территориального производственного объединения в Шаховском ЛПХ и Истринском лесокомбинате. Материалы диссертации использованы кафедрой механизации лесозаготовок МЛТИ при выполнении НИР по хозяйственны? договорам С NN гос.per. отчета 01910016575 от 89.01) и в учебно} процессе.

Апробация работы. Основные положения диссертации . был! заслушаны и обсувдены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского соетава по итогам научно-исследовательских работ МЛТИ 1989-1991 гг., на Всесоюзной конфэренцга молодых ученых и специалистов "Охрана и рациональное, использование лесных ресурсов" в 1991 г. ,на творческой конференции молодых ученых отрасли (Республика Болгария, Софийский Высший лесотехнический институт,1989 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 1 авторское свидетельство.

Объем работы. Диссертация состоит из разделоЕ,списка литературы из наименований и 9 приложений. Основное содержание изложено на /^-^страницах машинописного текста,иллюстрировано^" рисунками к^^-таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации,сфор-(¿улирована цель исследований и основные положения выносимые на защиту.

В первом- разделе рассмотрено состояние вопроса,проведен обзор и анализ исследований,посвященных проблеме образования лесосечных отходов, оценки их ресурсов и использования для производства щепы в условиях лесосеки.

Отмечено,что в процессе проведения лесосечных работ неизбежно образование лесосечных отходов в виде обломков стволов, вершин, сучьев и ветвей.Дана их классификация .Объемы образования лесосечных отходов для отдельных лесозаготовительных регионов нашей страны могут быть весьма различными,определяются природно-производственными условиями (условиями произроста-ния,технологией , сезоном проведения лесосечных работ и др.) и составляют в среднем 10-301 от ликвидного запаса древесины. Лесосечные отходы рассматриваются в качестве вторичных древесных ресурсов как дополнительный источник сырья для производства технологической и топливной щепы.

На основе анализа отечественного и зарубежного опыта использования лесосечных отходов сделан вывод,что наиболее трудоемкой операцией, определяющей эффективность технологического процесса производства щепы в условиях лесосеки .является сбор и транспортировка сырья к месту переработки подборщиками манипу-ляторного типа. Однако исследований данного процесса, учитывающих изменчивый характер объемных и размерно-качественных характеристик лесосечных отходов , не проводилось. Информация о ресурсах и характеристике древесного сырья является основополагающей в оценке эффективности его сбора и переработки.

Существующие традиционные методы оценки ресурсов лесосечных отходов (нормативный.закладки пссбныя-площадей к сплошного или ленточного перечета,весовой, крупномасштабной аэрофотосъемки) весьма трудоемки .дороги, ограничены в использовании,не отвечают требованиям оперативности и доступности.

Вместе с тем ,за рубежом,в качестве эффективного и оперативного метода оценки ресурсов лесосечных отходов .рассмотрен

так называемый "метод линейных пересечений". По опыту его использования, такой способ учета резко снижает трудоемкость работ , повышает производительность труда и сокращает время исследований. Однако область применения . данного метода для отечественных условий лесозаготовок не изучена.

На основании анализа состояния вопроса сформулированы основные задачи исследований:

- теоретическое и экспериментальное исследование МЛП для оценки количественных и качественных характеристик лесосечных отходов применительно к отечественным условиям лесозаготовок;

- исследование процесса сбора,транспортировки и переработки лесосечных отходов на щепу, в условиях лесосеки,учитывая изменчивый характер объемных и размерно-качественных характеристик лесосечных отходов;

- разработка методики для оценки ресурсов у размерно-качественных характеристик лесосечных отходов на основе МЛП,и средств для выполнения учетных работ;

- разработка методических рекомендаций и ЭВМ-программы дл оценки эффективности сбора и переработки лесосечных отходов нг цепу в условиях лесосеки.

Во втором разделе приводятся обзор работ и теоретические исследования посвященные МЖ

МЛП для учета лесосечных отходов впервые был успешно применен на практике в Новой Зеландии Варреном В. Г. и Ольсено? П. Ф. Из дальнейших теоретических и практических работ следует отметить исследования К Е. Ван Вагнера,Г. Р. Бейли,Дж. О. Ховарда I Ф. Р. Варда, Де Бриза. С. Г. Пикфорд и Дк. В. Хазард первыми предприняли попытку смоделировать на компьютере оценку объема кускс вых отходов,остающихся после проведения лесозаготовок,методо) линейных пересечений для условий "Пасифик Нортвест" '(США).

Суть МЛП состоит в том,что на лесосеке после проведешь лесозаготовок прокладывается одна или несколько линий,называемых линиями отбора образцов. Затем подсчитываются все пересечения кусковых отходов с линиями отбора,и по полученным данны! выполняется оценка объема древесного сырья на единицу площади.

Основы МЛП базируются на теории геометрических вероятностей и интегральной геометрии на плоскости,и,в частности,на решении классической задачи Бюффона об игле (рис.1): вероятност: того,что игла длиной 1 .брошенная случайно на плоскость,котора

разлинована параллельными прямыми Ь на расстоянии Б» 1 друг от друга,пересечет одну из этих этих прямых,будет определена формулой

= 2-1 / Л • Ю .

(1)

ь

Б

Б / Б 1

Рис. 1

Распространив теорию линейного отбора на 11 тел с признаком х I была получена оценка суммы какого-либо признака X на единицу площади

(2)

где п - число пересеченных линией отбора тел. Приняв признак х -ь определенным как объем бревна (единицы отходов) определены следующие общие оценки:

- оценка объема лесосечных отходов на единице площади

А X

гь

' ч

п

л л-2 V

1-7Г-Л

= 1250 • Л • с^/Ь , куб. м/га (3)

и :

где <1^ - диаметр пересекаемого 1-го тела, м ;

Ь --длина линии отбора образцов, м; - оценка для числа бревен (числа кусковых отходов) на единицу площади

п.

л (_■ з V1

ым= '10 1/1 г-. ■1111/1,3 (4)

где 1 - длина пересекаемого 1-го тела, м; - оценка для среднего объема бревна (единицы отходов)

А а

=0,25-^Г(Х 4 ) /(2- 1/10 > кУб.М С5)

оценка для среднего диаметра бревна (единицы отходов)

А / ^ П

о - у (<1* /1р / (X 1/1-ь), м (6)

оценка для средней длины бревна (единицы отходов) А

Л- п / ( А 1/11 ) • м (7)

Далее определено,что полученные оценки можно, признать справедливыми,если число пересечений кусковых отходов с линиями отбора п велико,и длина линии отбора Ь должна обеспечивать требуемую точность Т выполняемых оценок. Очевидно,что длина линии отбора Ь будет меняться для различных характеристик лесосечных отходов соответствующих отдельным лесозаготовительным регионам. Теоретические исследования,проведенные в этой области, позволили получить ограниченные результаты. Для выполнения натурных экпериментов с широким диапазоном размерно -качественных характеристик лесосечных отходов требовался большой объем исследований, что представлялось проблематичным. Поэтому было пред-

ложено проведение модельного зкперимента на ЭВМ.

В третьем разделе приведены экспериментальные исследования объемов и размерно-качественных характеристик лесосечных отходов, выполненные с целью построения модельного эксперимента на ЭВМ. Исследования включали как натурные,так и лабораторные эксперименты, с использованием крупномасштабных аэрофотоснимков лесосек, пройденных сплошными рубками с тракторной трелевкой древесины.

Натурные исследований проводились на предприятиях Владимирского ЛХТПО,Московского ЛХГПО,объединения "Кареллеспром" по методике ЦНЖМЭ (Научный отчет N 82.1976. 033. 01. 03. Рушнов НИ, Суханов В. С. ,Потапова JL С.) закладкой пробных площадей на делянках (ГОСТ 16128-70 "Пробные площади. Метод закладки").Сбор статистической информации осуществлялся путем измерения геометрических параметров -диаметра dL и длины 1-L кусковых отходоз. Было учтено 3857 штук древесных отходов в виде вершин, тонкомерных деревьев, хлыстов (деревьев) и их обломков,пригодных для производства щепы. Результаты измерений приведены в отчетах по НИР кафедры механизации лесозаготовок МЛТИ за 1989-1991гг.(N2 гос. per. отчета 01910016575 от 89.01).

Обработка данных,полученных в результате измерений,выполнена методами математической статистики. Количество необходимых замеров установлено с учетом достижения требуемой точности результата 5% и их достоверности,равной 95%. Определены следующие статистические показатели: число кусковых отходов (за исключением сучьев и ветвей) на 1 га вырубленной площади N = 400-1000 шт/га;средний диаметр кусковых отходов cL = 0,05-0,15 м;средняя длина кусковых отходов 1ср = 1,68-5,14 м-, среднее квадратическое отклонение диаметра кусковых отходов dd = 0,022-0,062 м;среднее квадратическое отклонение длины отходов = 1,71-2,72 м-, средний объем кусковых лесосечных отходов на единице площади V = 10-50 куб. м/ га. Расчеты коэффициента корреляции г и проверка по t-критерию Стьюдента позволили принять гипотезу о некоррелированности случайных величин d -ь и 1 ¡_ . Наиболее представительными распределениями случайных величин d-^и 1-L являются: нормальное, лог-нормальное и экспоненциальное. Аппроксимация выполнена по ЭВМ-программе с проверкой правдоподобия выдвинутых гипотез по критерию согласия DC Пирсона для уровня значимости 95%.

Лабораторные эксперирименты по крупномасштабным аэрофотос-

нимкам выполнены с целью.изучения распределения кусковых лесосечных отходов на площади вырубки и их ориентации,а также дм получения дополнительного статистического материала к натурнык экспериментам. В исследованиях использованы крупномасштабные аэрофотоснимки лесосек пройденных сплошными рубками с тракторной трелевкой в Сыктывдинском ЛПХ объединения/'Комилеспром",выполненных с самолета в масштабе 1:1400-1:1700 Московской аэрокосмической лесоустроительной экспедицией объединена "Леспроект". Измерения размерных и пространственных■ характеристик лесосечных отходов выполнены с использованием приборе "Interpretoscop-В",устройства ввода графики полуавтоматическог СМП-6410. Ограниченная серия опытов проведена на лазерной когерентно-оптической установе,разработанной в ЦНИИГАиК. Расположение лесосечных отходов на площади вырубки фиксировалось в прямоугольных координатах х^, у^,ориентация углом oC-L .Построенные гистограммы распределения величин x^y^oCi позволили выдвинут! гипотезу о их равномерном законе распределения с проверкой по критерию согласия JK. Пирсона. Распределения случайных величш d^ и lj_ описаны соответственно экспоненциальным и логнормальнь законами распределения. Кроме того,в дополнение к натурным экс-перимнтам, определены статистические показатели: N = 500-1000 шт/га;dcf = 0,10-0,17 м ;1ср = 3,04-5,19 м; ¿¿ - 0,031-0,052 к <с>1 - 1,97-3,00 м; V = 10-70 куб. м/га. Расчеты коэффициента корреляции г показали отсутствие тесной связи между случайными величинами d^ и .

В четвертом разделе сформулирована теоретическая модель, ' и разработан алгоритм оценки ресурсов и'характеристик лесосечнь отходов МЛП, реализованный на ЭВМ. Приведены результаты модельного эксперимента.

Теоретическая модель предусматривала генерирование на ЭВМ скоплений кусковых лесосечных отходов N. Положение отходов в пределах площади 1 га определено прямоугольными координатами xL ,yL .углом ориентации оLi в интервале 0< 180° (рис.2)

Диаметр <1 ^ и длина 1 £ отходов сгенерированы для различны} законов распределения случайных величин. Местоположение линий отбора задано в модели координатами их начала X i и Y-t в пре-

_ О С

делах площади 1 га, углом ориентации R^ в интервале 0 4: R^360 и длиной Ц. Линии отбора заданы двумя типами: проведенные случайным (рис.3 ,сх. 1,2,3) или систематическим образом (рис. 3,сх. 4,

5,6).

Рис. 2. Характеристики генерируемых в модели отходов и линий отбора образцов

ш. /\ ■'С щ

Схем* 1 Схема СхСНА 3

Л , - . /

Схема 3 Схем« 4 Схема 3

Рис. 3. Схемы размещения линий отбора образцов

Решением системы линейных уравнений J Ai-Xj, + Bi-yL + Ci=0

|A2-Xl+ Bz-YL + C2=0 (8)

— методом Гаусса исключения неизвестных устанавливались пересечения кусковых отходов с линиями отбора. По формулам линейного пересечения (1-8) выполнялись необходимые оценки и сбор статистической информации. В результате определялись:

- число линий отбора М длиной L;,

z г г

м = cv t / т (9)

где Cv -коэффициент вариации средней оценки объема отходо! Vcp относительно среднего действительного объема отходов VCf зе число прогонов модели tp ,% ;

t - 1,96 - значение критерия Стьюдента для уровня значимости Р =0,95;

Т - относительная допускаемая ошибка результатов,% ;

- обйая длина линии отбора L для различных уровней точности результата Т

L = М • L-l , м . (10)

На основе теоретической модели разработан алгоритм, блок-схема (рис.4) и написана программа LONG модели оценка ресурсов и характеристик лесосечных отходов МЖ Выполнена оценка адекватности модели реальным данным. Установлена длина единичной линии отбора образцов L ¡. = 50 м. Определено необходимое число реализаций модели tp = 200. Выбрана схема расположения линий отбора образцов в модели для лесосек, пройденных сплошным рубками с тракторной трелевкой древесины (рис. 3,сх. 3). Установлены Факторы планируемого активного эксперимента и диапазоны И/ варьирования: ¿а = 0,020-0,100; 1Ср = 2,0-6,0; N = 400-1000.

В основу планирования модельного эксперимента положен В-план второго порядка для к=3. Эксперимент реализован на ЭВК

ЕС-1045. Полученные результаты обработаны на компьютере РС ХТ по программе множественного регрессионного анализа пакета прикладных программ БТАТОгАР и представлены в виде математических моделей для Т = 10,20,30 %. Например, для Т = 20%

М = 214,29 + 1676,15-¿а " 38,27-1ср - 0,29-Ы --2382- ¿^ +2,67-1^ + 0,00013-Ы2 - 184,38-С^ • 1ср+ +0,0138-1ср-Ы - 1,05-¿с! • N + 0,14 • ¿а •! • N . (11

/ ББОД 7

/таг/

"У 3}

ЬыбоР ЧМОЛ* И Элины линии .отЬор» & серии

{генхриреб&ииг чиел* прогонов иоЗели

ГбибоР ЧИОЛ» • единичных ЛИ-Ыии отбор* мо8елнРо6*мие

-{I

X

1

ГмоЗслиРоб»нис • ^популицни лс-

[воосчмых откос |

ГЪозбР*т. линии / вывод 7

ЧЖ'/Л. :Г7рк результатов/

_ ^Ь1*сти /на печать /

Ч л=1.яь>■ {^Г ё^р Л' С ком'си )

и могши 4

о

Нсоот*6лсмие . пинеинмх ур*о-ЧСМИИ ЛИНИИ от* оор* гсисриробжнис хуско&ых лесосечных ОТХООО&

сли$

~1—

пн;

с УРАО' хкеоы»

18ЫЧИС/1СНИС I

гшснис систем

инсинмх ур»о— гний МСТОЭОМ

Г*усо» про&ерк» истин-мости пеРееече-нии отхоаоб с лимиси отооР»

Рис. 4. Укрупненная блок-схема алгоритма оценки ресурсов лесосечных отходов МЛП

На основе математических моделей получены общие расчетные таблицы и определены длины линий отбора I. для отдельных регионов (табл.1).

Пятый раздел посвящен разработке натурной методики оценки ресурсов и размерно-качественных характеристик лесосечных отходов на основе ШШ

Методика предназначена для оценки объема и характеристик

кусковых лесосечных отходов в виде целых деревьев,хлыстов и их обломков,вершин,остающихся на территории лесосеки после проведения сплошных рубок с тракторной трелевкой древесины. Методикой предусматривается оценка распределения отходов по видам и группам, породам, по содержанию гнили и т.д.

Таблица 1

Длина линии отбора для отдельных лесозаготовительных регионов

Наименование региона Длина линии отбора Ь ,м для уровня точности результата Т,%

20% 30%

Малолесные районы Московская и Влади- -мирская обл. 650-1500 150-600

Карелия 1800-2600 700-1350

Коми 500-3350 100-1450

Дальний Восток 1950-2550 800-1100

В предлагаемой методике полагается выполнение линейных измерений длины линии отбора образцов,длины и толщины кусковых отходов. Для измерений применяются как простейшие так и специализированные измерительные средства: рулетки,длиномеры,мерные вилки,геодезические мерные ленты,разметочные шнуры,оптические дальномеры. С целью совершенствования измерительных средств на кафедре механизации лесозаготовок МЛТИ разработано устройство для измерения диаметра бревен,на которое получено авторское свидетельство.

Методикой предусмотрено выполнение предварительной и основной серий измерений. В предварительной серии измерений определяется длина линии отбора для выполнения оценок с заданным уровнем точности. Измеряется длина и толщина пересеченных линией' отбора отходов. Линии отбора располагаются по схемам 1 или 2 (рис. 3). В основной серии измерений выполняются оценки объема, геометрических и качественных характеристик лесосечных отходов.

Разработанная методика была' опробигованна в Кольчугинском ЛПХ Владимирского ЛХГПО.Сегежском КЛСа объединения "Кареллесп-ром",Шаховском ЛПХ и Истринском лесокомбинате Московского ЛХГПО. Полученные результелы показали ряд преимуществ предлагаемой методики перед традиционным способом натурных иселедований-методом закладки пробных площадей и сплошного перечета:

-получение результатов с уровнем точности 10-30% ,с достоверностью 95%;

-оперативность получения информации и сокращение времени исследований на 60-70%;

-сокращение числа рабочих,принимающих участие в исследованиях с 3 до 1;

-снижение трудоемкости выполняемых измерительных операций (сокращение числа измерений) и получение результатов на рабочем месте без их предварительной обработки.

В шестом разделе выполнен анализ технологических схем сбора и переработки лесосечных отходов в условиях лесосеки,сформулирована теоретическая модель и алгоритм процесса сбора и транспортировки отходов подборщиком манипуляторного типа на примере погрузочно-транспортной машины ЛТ-168А. Приведены результаты имитационного эксперимента.

Проведенный анализ технологических схем сбора и переработки лесосечных отходое позволил установить достоинства и недост-стки каждой. Традиционно рекомендуемые схемы с использованием подборщика грабельного типа (ПСГ-3) не учитывают лесохозяйс-твенные требования' сохранности подроста и верхнего растительного слоя,а собранные таким образом отходы содержат значительное количество минеральных примесей. Данные требования учитываются при работе подборщика лесосечных отходов манипуляторного типа (ПЛО) без предварительной концентрации отходов на лесосеке,а эффективность технологического процесса определяется объемными

и размерно-качественными характеристиками лесосечных отходов.

Объектом исследований явилась работа ПЛО,на примере ЛГ-168, Исследование проведено моделированием на ЭВМ и включало два этапа: моделирование скоплений лесосечных отходов на лесосеке и работы ПЛО.

Модель лесосеки представлена как совокупность кусковых отходов, каждый из которых имеет набор характеристик приведенных в третьем разделе. К входным переменным отнесены: размер лесосеки -1 га;средний запас отходов на 1 га - V, куб.м;средний объем кускового отхода - q, куб. м; расчетная площадь рабочей зоны манипулятора ПЛО - s, кв. м. В качестве выходных параметров определены: общее число рабочих зон на лесосеке - ш; среднее значение и среднее квадратическое отклонение числа кусковых отходов в рабочих зонах - n^, ¿а "> интегральные частоты распределения отх< дов в рабочих зонах ПЛО - г ¿ . Для реализации модели лесосеки на персональном компьютере РС ХГ написана программа sig1 и поставлено 15 опытов.

Концептуальная модель работы ПЛО представлена в виде модели с очередями. Лесосечные отходы,собираемые ПЛО,рассмотрены как дискретный поток заявок на'обслуживание. Количество заявок п установлено случайным числом,определенным по результатам экспериментов с моделью лесосеки. На основе концептуальной разработана имитационная модель процесса сбора и транспортировки лесосечных отходов ПЛО и программа cari. Логика работы ПЛО сформулирована в терминах теории массового обслуживания на языке моделирования дискретных процессов gpssv. Все задержки времени ПЛО,связанные с затратами времени на обработку каждого кускового отхода,перемещение от зоны к зоне,от волока к Еолоку,перемещение к месту переработки и обратно,разгрузку кузова,получены на основе хроно-метражных наблюдений и взяты из исследований других авторов.

В основу планирования модельного эксперимента положен В-план второго порядка для к=5. В качестве варьируемых факторов активного эксперимента приняты: средний объем кускового отхода -q = u,uiu-u,oou куи. м;запас лесосечных отходов на i га -Y=10-70 куб. м; максимальный вылет манипулятора ПЛО - R=5,5-7,5 м: геометрический объем кузова ПЛО q= 5 - 25 куб. м;среднее расстояние транспортировки отходов ЬС£= 50-500 м.Эксперимент включал 42 опыта,в каждом из которых моделировалась работа ПЛО е течении 3-х смен (75600 сек). Результаты эксперимента обработаны по

программе 5ГАТШ?АР,проверены на адекватность и представлены б виде математической модели часовой производительности ПЛО

Пц= 3,33 + 21,79-<1 - 0,282-1? - 0,0013-1. +

+ о,175-а-у-и + о,оо12-у-С! + 2,46^0 -

- 0,00034-У2- 0,0022-(32, куб. м/ч. (12)

Графическая иллюстрация полученных результатов представлена на рис. 5.

Рис. 5. Графики зависимости часовой производительности

ПЛО Пч от характеристик лесосечных отходов q и V

Седьмой раздел посвящен разработке ЭВМ-программы оценки эффективности проектируемых технологических процессов сбора и переработки лесосечных отходов на щепу в условиях лесосеки.

При разработке ЭВМ-программы учтены факторы,определяющие эффективность производства тепы в условиях лесосеки: ресурсы от-

ходов и их размерно-качественная характеристика,размещение и характеристика лесосек,место переработки сырья,тип применяемого оборудования,технологические схемы сбора и переработки,состав системы машин. В качестве показателей эффективности приняты: себестоимость 1 куб. м щепы С , руб/куб. м; удельные приведенные затраты на 1 куб. м щепы 3 пр ,руб/куб.м;прибыль производства Д руб. Разработанная программа CHIPS реализована на персональном компьютере PC XT и предназаначена для работы в диалоговом режиме. В Истринском лесокомбинате внедрена методика оценки ресурсов лесосечных отходов, и рекомендации по их сбору и переработке на. щепу в условиях лесосеки. Экономический эффект от реализации предложений составил по предприятию 30 т. руб (в ценах 1991 г.).

Заключение

1. На лесосеках пройденных сплошными рубками остается значительное количество древесного сырья,пригодного для производства щепы . Объемы образования лесосечных отходов для отдельных лесозаготовительных регионов составляют 10-50 куб. м.

2. Установлено,что основными факторами,определяющими эффективность технологического процесса производства щепы являются: ресурсы,размерно-качественная характеристика лесосечных отходов, производительность их'сбора и транспортировки.Для оценки ресурсов и размерно-качественных характеристик лесосечных отходов предложен новый для отечественных условий лесозаготовок метод натурных исследований - метод линейных пересечений (МЙГО.

3. На основе' проведенных теоретических и экспериментальных исследований МЛП установлены факторы,определяющие точность выполняемых оценок предложенным методом: длина линии отбора образцов, ее расположение и ориентация на исследуемой площади; характеристика лесосечных отходов - длина и среднее квадратическое отклонение диаметра кусковых отходов,их число на единице площади. Определено,что для условий лесозаготовок с тракторной трелевкой могут быть использованы линии отбора,случайно проложенные и ориентированные на площади вырубки.

4. В результате моделирования оценки ресурсов и параметров лесосечных отходов ШЗП получен ряд регрессионных зависимостей,

связывающих длину линии отбора образцов с характеристиками лесосечных отходов. На'основе математических моделей определены длины линий отбора для отдельных лесозаготовительных регионов. Для оценки ресурсов лесосечных отходов МЛП в лесозаготовительных предприятиях Московской и Владимирской областей требуются линии отбора длиной 650-1500 м и 150-600 м соответственно для уровней точности результата 20% и 30%.

■ 5. По результатам моделирования процесса сбора и транспортировки лесосечных отходов,получена регрессионная зависимость производительности подборщика лесосечных отходов манипуляторно-го типа от характеристик лесосечных отходов, вылета манипулятора, объема кузова,среднего расстояния транспортировки. Установлено, что на производительность подборщика значительно влияет количество и размер лесосечных отходов на 1 га. При уменьшении среднего объема ёдиницы лесосечных отходов с 0,05 до 0,01 куб. м производительность уменьшается в 3 раза,а при увеличении количества отходов от 10 до 40 куб. м/га - увеличивается на 30%.

6. В связи с разнообразием факторов,определяющих эффективность сбора и переработки лессеечккх отходов на щепу .расчет экономических показателей в условиях динамики цен целесообразно вести по разработанной ЭВМ-программе .учитывающей показатели себестоимости 1 куб. м щепы,прибыли производства.

7. Результаты исследований ,в виде разработанной методики оценки ресурсов лесосечных отходов и рекомендаций по их сбору и переработке на щепу в условиях лесосеки,были опробированы и приняты к внедрению в Шаховском ЛПХ и Истринском Ж Московского ЛХТПО. Полученные результаты показали ряд преимуществ предлагаемой методики перед традиционным способом натурных исследований - методом закладки пробных -площадей и сплошного перечета:

- получение результатов с уровнем точности 10-30% с достоверностью 95%;

- оперативность получения информации и сокращение времени исследований на 60-70%;

- сокращение числа рабочих,принимающих участие в исследованиях с 3 до 1.

- снижение трудоемкости выполняемых измерительных операций (сокращение числа измерений на 50%) и получение результатов на рабочем месте без их предварительной обработки.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Щербаков Е. Е Оценка размерно-качественных характеристик лесосечных отходов методом линейных пересечений. В сб.науч. тр. МЛТИ: Технология и механизация лесопромышленного производства. Вып. 212. М. ШГГИ, 1989.

2. Щербаков Е. Е Изучение отходов лесозаготовок по крупномасштабным аэрофотоснимкам. В сб. науч. тр. ШГГИ: Технология и механизация лесопромышленного производства. Вып. 212. М. МЛТИ,1989.

3. Щербаков Е. Е Совершенствование методов оценки ресурсов лесосечных отходов. //Науч. тр. /Ученые вузов' - народному хозяйству. -Москва, София. МЛТИ. 1989.

4. Щербаков Е. Е Моделирование на ЭВМ оценки ресурсов и параметров лесосечных отходов методом линейных пересечений. В сб. науч. тр. МЛТИ: Проблемы лесопромышленного производства комплексных лесных предприятий. Вып. 226. М. МЛТИ, 1990.

5.' Щербаков Е. Е .Карпачев С. Е Моделирование на ЭВМ учета лесосечных отходов методом линейных пересечений. Тезисы докладов Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов./Охрана и рациональное использование лесных ресурсов.-М. 1991.

6. Карпачев С. Е ,Щербаков Е. Е Учет лесосечных отходов методом линейных пересечений. - В экспресс-информ.: Зарубежный опыт.-/Лесоэксплуатация и лесосплав. Вып. 13/.-М: ВНИПИЭИлесп-ром, 1987.

' 7. Карпачев С. Е ,Щербаков Е. Е Использование метода линейных пересечений для определения объема затонувшей древесины. В сб. науч. тр. МЛТИ: Проблемы лесопромышленного производства комплексных лесных предприятий. Вып. 226. М. МЛТИ, 1990.

8. Щербаков Е. Е Моделирование на ЭВМ процесса сбора и транспортировки лесосечных отходов подборщиком манипуляторного типа. В науч. тр.: Результаты фундаментальных исследований по приоритетным научным направлениям лесного комплекса страны. Вып. 242. -М.»: МЛТИ, 1931.

9. А. С. 1610231- СССР. Устройство для измерения диаметра бревен./Карпачев С.Е.Щербаков Е. Е (СССР) -Ы 4628362/25-28; Заявлено 29.12. 88. Опубликовано 30.11. 90. Бюл. N 44.