автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Совершенствование лесозаготовительного производства путем оптимизации технологических процессов на лесосеке

На правах рукописи

Ои^—

БЕЛЕНЬКИЙ ЮРИЙ ИВАНОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ЛЕСОСЕКЕ

05.21.01.- Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Архангельск-2012 ^ ^ ^012

005042407

На правах рукописи

БЕЛЕНЬКИЙ ЮРИЙ ИВАНОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ?: ПРОЦЕССОВ НА ЛЕСОСЕКЕ

05.21.01. - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Архангельск - 2012

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете имени С.М. Кирова

Научный консультант: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки и техники РФ Патякин Василий Иванович

Официальные оппоненты: Минаев Александр Николаевич, доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова, декан Лесоинженерного факультета.

Рябухин Павел Борисович, доктор технических наук, профессор, Тихоокеанский государственный университет, декан факультета природопользования и экологии.

Герц Эдуард Федорович, доктор технических наук, профессор, Уральский лесотехнический государственный университет, декан Лесоинженерного факультета.

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Защита диссертации состоится «/¿7» мая 2012 г. в -¿О часов на заседании диссертационного Совета Д.212.008.01 при Северном (Арктическом) федеральном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 163002, Архангельск, набережная Северной Двины 17, 'i■ZZO

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке САФУ.

Автореферат разослан « 2 Ч » апреля 2012 г.

Ученый секретарь ^Шм

диссертационного Совета А.Е. Земцовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время лесопромышленный комплекс Российской Федерации прочно входит в список наиболее динамично развивающихся отраслей народного хозяйства. Лесозаготовительное производство является одной из основополагающих составных частей этого комплекса. Проводимая, Правительством РФ, политика на ограничение экспорта круглых лесоматериалов, способствовала увеличению перерабатываемых мощностей внутри страны, что привело к увеличению спроса на круглые лесоматериалы. Динамические условия рынка требуют максимального сокращения времени производства круглых лесоматериалов, повышения их качества и эффективного использования отходов лесозаготовок.

В современных экономических условиях развитие лесозаготовительного производства связано с решением целого комплекса задач, решаемых проблему совершенствования лесозаготовительного производства на основе формирования наиболее энергосберегающих технологий, как единых систем машин и оборудования, оптимизации последовательно выполняемых технологических операций в стохастической системе «технология-лес», распределения ресурсов производства лесозаготовительных предприятий между технологиями, повышение выхода наиболее дорогостоящих сортиментов, эффективного использования древесных отходов в условиях неистощительности, а в перспективе и расширенного воспроизводства лесных ресурсов и др.

Технологический процесс на лесосеке в своей основе является статистическим, он вызван случайным характером распределения естественных древостоев и стохастичностью работы комплексов машин и механизмов. Статистический характер выполнения работы определяется средними значениями параметров и их дисперсиями, которые служат критерием качества технологических операций. Необходима полная синхронизация последовательно выполняющихся технологических операций, чтобы свести к минимуму флуктуации во времени производственного процесса, не допуская простоя, или образования очередей.

Наиболее информативными показателями эффективности технологий являются их удельная энергоёмкость и удельная производительность, которые должны определяться не по аддитивному принципу согласования операций, а по синергетичности их выполнения.

Комплекс машин и механизмов, последовательно выполняющих технологические операции производства лесоматериалов на лесосеке, представляет собой единую самоорганизованную систему, основным показателем связанности и согласованности работы которой является время производства единицы продукции и время затраты единицы энергии. Первое время определяет эффективную производительность системы, а второе ее зффек-

тивную мощность, а их соотношение характеризует удельные характеристики.

Одной из основных операций на лесосеке является раскряжевка хлыстов. Объём сортиментной заготовки непрерывно увеличивается в виду её экономической выгодности и экологичности, поэтому разработка оптимального метода раскроя хлыстов на лесоогке с обеспечением максимального выхода наиболее дорогостоящих сортиментов востребована производителями лесоматериалов.

Отходы лесозаготовок являются важной частью природных ресурсов России, они должны стать основным сырьевым ресурсом для развития биоэнергетической промышленности, способной решать задачи энергетической и экологической безопасности регионов. На рынке представлен широкий спектр дизельных установок различной мощности, поэтому обеспечение их газогенераторными установками, производящими газогенераторный газ из отходов лесозаготовок, является экономически обоснованным.

К сожалению, до настоящего времени вопросу повышения эффективности лесозаготовительного производства круглых лесоматериалов на лесосеке в стохастической системе «технология-лес», проведению специальных исследований в этом направлении уделялось недостаточно внимания и проблема остается нерешенной.

Цель исследования: Повышение эффективности лесозаготовительного производства на лесосеке путем оптимизации технологических процессов, применяя принцип самоорганизации функционально взаимосвязанных машин, механизмов и оборудования, последовательно выполняющих технологические операции с использованием отходов лесозаготовок в качестве сырья для газогенераторных установок с целью получения электрической энергии.

Основные задачи исследования: 1.Обосновать критерии функциональной связанности лесозаготовительных машин при синхронизированной и десинхронизированной работе систем машин в стохастической системе «технология-лес».

2.0пределить критерий целостности, регулирования и качества технологических операций лесозаготовительного производства. 3.Сформулировать наиболее информативные критерии эффективности работы лесозаготовительных систем машин: производительность; мощность; удельную производительность; удельную мощность; - на основе которых производится оптимизация технологических процессов в стохастических условиях.

4.Построить математические модели распределения деревьев по площади в естественных древостоях, как однородного случайного поля и статистического технологического процесса как стационарного случайного поля.

5.Разработать методику оптимального раскроя хлыстов на лесосеке на основе методов нелинейного программирования на целочисленной решетке.

6.Раскрыть статистическую закономерность формирования дисперсности измельченной древесины в передвижных рубительных машинах.

6.Построить математическую модель сушки измельченной древесины в естественных условиях.

7.Разработать методику распределения общего объема производства лесозаготовительного предприятия между используемыми технологиями на основе минимизации общего функционала стоимости затрат, методом квадратичного программирования.

9.Создать опытную газогенераторную установку для проведения на ней экспериментальных исследований.

Ю.Разработать методику расчета основных массогабаритных и энергетических параметров газожидкостных установок с дизелем. Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы теория исследования систем, математические методы оптимизации, теория вероятностей и математической статистика, статистическая механика, методы нелинейного и квадратичного программирования, теория оптимального эксперимента. Научная новизна работы:

1 .Разработана математическая модель оптимизации работы систем машин лесозаготовительного производства на основе их самоорганизующейся функциональной взаимосвязанности в процессе выполнения технологических операций в стохастических условиях.

2.0пределены значения наиболее информативных критериев эффективности работы лесозаготовительных систем машин, последовательно выполняющих технологические операции в статистической системе «технология-лес».

3.Построены математические модели распределения деревьев по площади в естественных древостоях как однородного случайного поля и стохастического технологического процесса как стационарного случайного поля.

4.Разработаны методики расчета оптимального раскроя хлыстов на лесосеке методом нелинейного программирования и распределения ресурсов производства лесозаготовительного предприятия между используемыми технологиями методом квадратичного программирования.

5.Построены математические модели дисперсности щепы в передвижных рубительных машинах и ее атмосферной сушки.

6.Разработана методика расчета основных массогабаритных и энергетических параметров газогенераторных установок, работающих по газожидкостному циклу на отходах лесозаготовок.

Значимость для теории и практики заключается в том, что технологический процесс лесозаготовок рассмотрен как динамический процесс, в котором время циклов производства единицы продукции и затраты единицы энергии выступают основными регуляторами эффективности системы машин, участвующих в технологическом процессе лесозаготовительного производства. Построенная математическая модель влияния синхронизации и десинхронизации технологических операций на производительность лесозаготовительных комплексов и экспериментально установленный уровень степени десинхронизации их работы, позволяет определять наиболее эффективную технологию лесозаготовок с минимальным уровнем флуктуации выполняемых операций.

Предлагаемые методики расчета оптимального раскроя хлыстов на лесосеке и распределения ресурсов производства между технологиями позволяют лесозаготовительным предприятиям увеличить выход наиболее дорогостоящих сортиментов и оптимально организовать лесозаготовительный процесс, при наличии нескольких технологий, имеющих различную себестоимость, что повысит эффективность лесозаготовительного производства на 8-10%.

Выполненные экспериментальные исследования на опытной газогенераторной установке и предложенная методика расчета, дают, возможность проектировать промышленные газожидкостные энергетические установки работающих на древесном газе используя отходы лесозаготовок для получения электрической энергии, в том числе непосредственно на лесосеке, что позволит совершенствовать технологический процесс лесозаготовок и повысить его эффективности на 10-15%.

Такие газожидкостные энергетические установки, работающие на древесном газе, полученном из древесных отходов, востребованы для обеспечения электрической энергией отдаленных лесных и вахтовых поселков, труднодоступных деревень, отдаленных производств и способны решать задачи энергетической и экологической безопасности лесных регионов.

Основные научные и практические результаты, полученные лично автором:

1.обоснован синергетический принцип оптимизации работы систем механизмов, машин и оборудования, последовательно выполняющих технологические операции, и его критериальное представление; 2. сформулирована математическая модель определения наиболее информативных критериев оценки эффективности работы комплексов механизмов, машин и оборудования: эффективных производительности и мощно-

сти, эффективных удельных производительности и энергоемкости в стохастических условиях выполнения операций;

3.разработаны математические модели однородного поля деревьев в естественных древостоях и стационарного случайного динамического процесса производства на лесосеке;

4.разработаны методики расчета оптимального раскроя хлыстов на лесосеке и распределения ресурсов производства лесозаготовительного предприятия, между используемыми технологиями, методом квадратичного программирования;

5.исследована математическая модель формирования дисперсности щепы рубительными машинами и ее атмосферной сушки;

¿.создание опытной газогенераторной установки с дизельным приводом и участие в многофакторном эксперименте с целью получения методики расчета основных массогабаритных и энергетических параметров газогенераторных установок работающих по газожидкостному циклу.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на международном семинаре «Био-энергетика-2004» (Пушкин, 2004 г.); Международной конференции «Состояние и перспективы использования возобновляемых источников энергии в муниципальной энергетике» (СПб, 2008 г.); Международной конференции «Развитие инновационного и производственного сотрудничества между финскими и российскими средними и малыми предприятиями в секторе биоэнергетики» (Котка, 2008 г.); первой международной научно-практической Интернет конференции «Леса России в XXI веке» (СПб, 2009 г.); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины: пиломатериалы, фанера, деревянные дома, заводского изготовления, столярно-строительные изделия» (СПб, 2009 г.); Научно-технической конференции «Наука и образование для лесопромышленного комплекса России» (Москва, 2012 г.); и ежегодных научно-технических конференциях СПбГЛТА в 1988-2011 гг. Часть материалов работы получена при выполнении НИР № 01201255482 «Разработка теоретических основ сквозных технологических процессов и модульных систем машин лесозаготовительного производства».

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав и заключения изложенных на 234 страницы, списка литературы включающего^ наименования, содержит48 рисунков, 50 таблиц, приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы,сформулированы цель и задачи исследований, основные положения, выносимые на защиту,

обоснована научная новизна .отмечена значимость результатов исследований для теории и практики .

В первом разделе произведен обзор и анализ литературных источников по системам машин для лесосечных работ, и группе технологических процессов сортиментной заготовки древесины. Рассмотрены общие принципы компоновки систем машин для машинной и механизированной заготовки древесины, проанализированы основные технические и технологические характеристики систем машин БП+БП+ТТ+БП, БП+БП+БП+Ф, БП+ТТ+МОСР, ВТМ+МОСР, ВПМ+ТПЗ+МОСР, Х+Ф, и ряда других.

Большой вклад в решение технических, экологических и технологических проблем лесозаготовительного производства, оптимизации состава технологических процессов, систем машин и режимов их работы внесли отечественные ученые Г.М. Анисимов, В.И. Патякин, В.Н. Меньшиков, В.Г. Кочегаров, А.К. Редькин, В.К. Курьянов, М.М. Овчинников, B.C. Сю-нев, И.Р. Шегельман, С.М. Базаров, Э.Ф. Герц, П.Б. Рябухин, О.Н. Бурми-строва, Ю.А. Ширнин, И.В. Григорьев, В.А. Макуев, В.А. Иванов, В.М. Котиков, В.П. Корпачев, В.Н. Андреев, Ю.Ю. Герасимов, А.И. Никифорова, М.И.Коломинова, ученые МГУЛ, СПбГЛТА, ВГЛТА, УГЛТУ, ПетрГУ, САФУ, БрГУ, ЦНИИМЭ, ГСКБ ОТЗ, КарНИИЛПКа, и др.

Анализ ранее выполненных научных работ показал, что выполненные исследования касались как изучения отдельных лесозаготовительных машин и технологических операций, так и энергетических свойств систем машин без учета стохастического характера самого процесса производства, вызванного статистическим полем состояния естественных древостоев и статистичной работой оборудования.

Поиску оптимального раскроя хлыстов посвящены многие работы таких отечественных ученых как Анучин Н.П., Дворецкий И.Т., Степаков Г.А., Якубицкий В.А., Вильке Г.А., Батин H.A., Петровский B.C., Червин-ский В.А., Залгаллер И.А., и др.

В основе этих работ лежит изучение закономерностей профиля хлыста, решение задач оптимизации раскряжевки 5лыстов для стационарных раскряжевочных установок расположенных на нижних складах. Задачи оптимизации раскроя хлыстов на лесосеке методами линейного и квадратичного программирования ими не исследовались и не рассматривались.

Кроме этого, не достаточно изучены технологии эффективного использования вторичного сырья.

Поэтому комплексное решение проблемы совершенствования лесозаготовительного производства, применяемой техники и технологий является актуальным и востребованным динамикой развития отрасли. Актуальность выбранного направления подтверждается принципами развития лесной промышленности, включающими снижение энергоемкости, повыше-

ниє производительности систем машин, повышение экологичности производственных процессов. Поэтому необходимо от существующих статических принципов управления работой комплексами машин переходить к динамическим, основанных на синергетическом принципе, как наиболее оптимальном и эволюционирующем. Аналитический обзор указывает на необходимость формулировки наиболее информативные критериев эффективности работы машин при выполнении технологических операций, учитывающих сложную динамику протекания процессов лесозаготовительного производства.

Научно-техническая проблема повышения эффективности лесозаготовительного производства является достаточно сложной. Ее решение становится возможным только на основе комплексного подхода, включающего построение математических моделей, адекватно отражающих сложные процессы производства лесоматериалов в системе «технология-лес» и формулирующих принципы оптимизации технологических процессов. Так же необходимо совершенствование энергетического оборудования, приспособленного к работе на измельченной древесине из лесосечных отходов.

Во втором разделе представлены математические модели однородного поля деревьев в естественных древостоях и стационарного случайного динамического процесса производства на лесосеке; Стохастический характер производства круглых лесоматериалов на лесосеке складывается из однородного случайного поля древостоев и стационарного случайного технологического процесса, которые образуют единую взаимосвязанную систему «технология-лес».

Древостой в лесу образуют дискретное естественное однородное случайное поле, структурные параметры состояния которого оцениваются по выборке. В общем случае выборки разделяются на конечные и неограниченно растущие. С аналитической точки зрения вторые являются более предпочтительными, т. к обработке подлежит достаточно большая информация и соблюдается закон больших чисел. К основным характеристикам выборки относятся математические ожидания и дисперсия.

Введением функции плотности распределения числа деревьев по площади леса сделан переход от дискретной модели по выборкам к непрерывной полевой. В этом случае диаметр деревьев записан в виде

¿(г) =</„,+А, (1)

где - средний диаметр, отклонение от среднего значения сі- можно представить в виде суперпозиции некоррелированных между собой гармоник со случайными амплитудами и фазами:

А = Е я, соб^.г - ф,) (2)

Корреляционная функция однородного поля имеет вид:

=|к + А(г,)]к +Л(г4)]1 (3)

где с!ср - средний диаметр, отклонение от среднего значения Л поэтому можно записать

в(гЛР=|к =<

и определить среднее квадратическое значение диаметра выражением

2

ср2,

¿ср1 = ^

X

(4)

(5)

Распределение деревьев по диаметру и длине в естественных условиях описывается нормальным законом распределения (или близким к нему). В форму лах для расчета производительности комплекса и оборудования используется среднее значение объёма хлыста, соответствующее осваиваемой территории лесозаготовки.

При анализе производительности с позиции статистики важной характеристикой является не только среднее значение объема хлыста, но и дисперсия (б/). Объем хлыста предлагается определять выражением

а.»

4я% = (4 +Л2,КР =

1 + -

(6)

-сру

где (¡1, - дисперсия диаметра хлыстов.

Обобщенный закон распределения деревьев по диаметру описан нормальным законом в виде

-= ехр

"ср

— 1

V Ч>

(?)

с учетом (7 ) средний объем хлыста представлен формулой вида

(8)

Технологические операции, выполняемые системой лесозаготовительных машин, со статистических позиций можно рассматривать как стационарные случайные процессы с определяющими и сопутствующими факторами. Время выполнения операции соответствующим оборудованием определяет его производительность. Статистическая выборка этого времени определяет соответственно среднее значение и дисперсию

„2 _ у^-'ср)2 А7 СР' ' ~ ^

'Ы

N-1

среднее квадратическое значение времени выполнения операции

. . 1/

^ср2 — 'ср

/2 y'cpj

Введением функции зависимости времени в цикле выполнения технологической операции от времени протекания процесса

'о -fit), (11)

где t0 - время операции; t - время протекания процесса, можно от дискретной статистической модели технологического процесса перейти к непрерывной. В этом случае по аналогии с однородным случайным полем можно записать

'о(') = 'осР + 'о" (12)

где /0ср - среднее время выполнения операции, отклонение от среднего значения /0* можно представить в виде суперпозиции некоррелированных между собой гармоник со случайными амплитудами и фазами.

'о* = I Ь, cos(oy - ф,), (13)

где оз - частота.

Корреляционная функция однородного поля

B{h,h\p HL+'o.(0]L+?о-(0]!ср, (и)

где t0cp - среднее время выполнения операции, отклонение от среднего значения /о*. t0 - время операции ; / - время, можно от дискретной статистической модели технологического процесса перейти к непрерывной. Поэтому можно записать

B{t,t)cp = I iP + UOf L = tip +I>'2 = 'Icp+t = tlP2, (15)

и определить среднее квадратическое значение времени выполнения операции выражением

^0ср2 ~ 'оср

' s2 N к. 'О ср

'2

(16)

Таким образом как и в случае однородного поля, в стохастическом процессе выполнения последовательных технологических операций их время следует определять как среднее квадратическое, зависящее от среднего значения и дисперсии.

В третьем разделе изложена методика определения времени затрачиваемого машинами : на производство 1 мЗ древесины, на производство единицы энергии, и времени заготовки единицы объема древесины при затрате единицы мощности для стохастических условий.

На основании анализа формул для расчета производительности машин и механизмов лесозаготовительного производства получена обобщённая формула

К

7~> (17)

X

где Ух. средний объем хлыста, /х - время выполнения соответствующей операции. Из (17) следует среднее время производства 1 м3 древесины

77 = -

Для удельной производительности можно записать выражение

. Угп

или

п = -

здесь мощность представлена выражением

N. = ЫКыК,.

Соответствующая формула для удельной энергоемкости примет вид

ТЫ.

(18)

(19)

(20)

(21)

или

8-

К

1Ж

(22)

(23)

На основании (21) можно определить время, затрачиваемое оборудованием на производство единицы энергии

(24)

С учетом (24) можно определить время заготовки единицы объема древесины при затрате единицы мощности

(25)

Работа машины носит статистически детерминированный характер, поэтому формулы для расчета производительности и времени заготовки 1 м3 соответственно примут вид

Я = К

/

1 + £Т

Уг

(26, а)

= — ' п

1+£т

ч

Г _2\Уг \ /

(26,6)

При линейной оценке формул (26, а) и (26, б) они принимают вид

1

2

и соответственно

2 V? 2 г; / = К"1/

'*г Г г »,

2 К. 2 Г

(26, в)

(26, г)

Здесь влияние случайных факторов, влияющих на работу машины, оценивается дисперсиями распределения древостоев по объему и времени циклов выполнения операции.

Зависимости средних времен производства 1мЗ древесины и на 1 кВт от объема хлыста для характерных машин и механизмов лесозаготовительного производства показана на рис.1- рис.10

ч/м'

0.04

О,2

0,6

0,8

Рис. 1. Зависимость времени производства 1 м древесины валочно-пакетирующей машины ЛП-19А от объема хлыста

ч/м • кВт

0,0003 0,0002

0.0001 о

0,2

0,4

0,8

Рис. 2. Зависимость времени производства 1 м древесины на 1 кВт валочио-пакетирующей машины ЛП-19А от объема хлыста

0,006

0,8 м

Рис. 3, Зависимость времени производства 1 м древесины трелевочным трактором ТБ-1М при расстоянии трелевки 150 м от объема хлыста

ч/м3 • кВТ

0,003

0,002 0,001

ол

0,4

0,8

Рис. 4. Зависимость времени производства 1 м древесины на 1 кВт трелевочным трактором ТБ-1М при расстоянии трелевки 150 м от объема хлыста

ч/м3' 0,12

0,006

ОД

0.4

0,8 м3

Рис. 5. Зависимость времени производства 1 м древесины валочно-трелевочной машиной ЛП-17 при расстоянии трелевки 150 м от объема

хлыста

ч/м3 • кВт

0,003 0,002

0,001 о

0,2

0,4

0,8 м3

Рис. 6. Зависимость времени производства 1 м3 древесины на 1 кВт валочно-трелевочной машины ЛП-17 при расстоянии трелевки 150 м от объема хлыста

0,0б

0,2 0,4 0,8 м3

Рис. 7. Зависимость времени производства 1 м3 древесины форвар-дером на расстояние 150 м от объема хлыста.

ч/м3 0,12

0,0 б

0,2 0,4 0,8 м3

Рис. 8. Зависимость времени производства 1 м3 древесины процессором Л0-120 от объема хлыста.

ч/м3 0,12

0,06

о

0,2 0,4 0,8 м3

Рис. 9. Зависимость времени производства 1 м3 древесины харвестером от объема хлыста.

ч/м3 0,12

0.06

0,2 0,4 0,8 м3

Рис. 10. Зависимость времени производства 1 м3 древесины, бензиномоторной пилой от объема хлыста.

Для определения степени десинхронизации работы машин и механизмов в формируемых комплексах на лесосеке построена обобщенная формула расчета производительности машин и оборудования лесозаготовительного производства, выполняющих операции валки, трелевки, обрезки сучьев, раскряжевки и транспортировки в стохастической системе «технология-лес». Связующим технологическим параметром системы последовательного выполнения операций является единица продукции 1 м3.

Общим основным параметром всех технологических операций является средний объем хлыста, отличительным параметром становится время выполнения операций машиной или механизмом при производстве 1 м3 лесоматериалов.

В четвертом разделе сформулировать наиболее информативные критерии эффективности работы лесозаготовительных систем машин : производительность; мощность; удельную производительность; удельную мощность; - на основе которых производится оптимизация технологических процессов в стохастических условиях.

Комплекс машин, последовательно выполняющий производство сортиментов, с позиции системного подхода является единым целым, качественно другим, чем простое суммирование свойств составляющих его машин.

Если для отдельной машины важным показателем ее эффективности служит время цикла производства продукции и соответствующая ему производительность, то для синхронизированной технической системы его аналогом является общее время производства единицы продукции последовательным комплексом и соответствующая ему производительность.

Г„=1<1, / = 1,2,3,..., (27)

Я'

где Я - производительность системы машин.

1

где Гц-7т' (28)

''Ч- (29)

где Я/ - производительность отдельной машины.

Исходя из формулы (28) производительность синхронизированного комплекса машин следует определять по формуле:

Я = уТ' (30) п,

Для системы производства сортиментов, состоящей из двух машин, производительность равна

Я, Я,

Я = (31)

я,я2я

из трех машин: " - /„ „ -7ГТГ\> (32)

н (Я,Я2 + Я,Я3 + Я2Я3)

п Я,Я2Я3Я4

из четырех машин: Я =, - - --ч, (33)

р (Я,Я2Л3+Я1Я2Я4+Я1ЯзЯ4+Я2Я3Я4)'

и т.д.

С учетом ранее построенных обобщенных формул определения производительности машин и механизмов лесозаготовительного производства V V

я'=1>7 = г=Д2..... у=7,2"' (34)

; -число машин и механизмов в комплексе, ]-число операций в машине и механизме

Для стохастического процесса выполнения технологических операций лесозаготовки время технологического цикла производства среднего объема хлыста машиной в комплексе можно оценить выражением

т = и.

(35)

где 5' „ — дисперсия во времени работы машины в стохастическом цикле комплекса.

Среднее время выполнения операции цикла машиной и механизмом

(36)

Поэтому в стохастических циклах работы комплексов машин и оборудования время следует оценивать по формуле

Т=те+Ъ, (37)

где Тс- среднее время цикла выполнения операций комплексом машин и оборудования, Б-дисперсионное время цикла.

При стохастическом процессе производства лесоматериалов производительность комплекса следует определять на основании выражения

К

П--

{тс+БУ

(38)

Из (37) видно, что дисперсия времени выполнения технологических операций комплексом является негативным фактором, уменьшающим его производительность, она становится критерием качества самоорганизации системы.

Эффективность работы комплекса по производительности можно оце-

V 17

нить значением коэффициента " ~ ^77 > (39)

как величину отношения эффективной производительности комплекса к сумме производительностей составляющих его машин. Эффективная мощность. Так же как при определении производительности синхронизированной системы машин, необходимо определение суммарного времени производства единицы продукции (1 м3 древесины), которое тратится при производстве единицы работы для определения эффективной мощности этого комплекса,

^В 1=1,2,3..............(40)

где Т„ . время производства единицы работы отдельной машиной в комплексе

*»>=т> (41)

/

где N1 - мощность /'-той машины.

Поэтому эффективную мощность системы машин следует определять по формуле

(42)

П

или * = (43)

Согласно формулы (43) для системы, состоящей из двух машин, мощность >г . 2ЛГ,ЛГ2

равна _ (Л^ + И2 ) ' (44)

из трех машин N - ^ + + ^, (45)

л.___

из четырех машин N - ТТГТГТТ .. .. ,. ,, .. \, (46)

н (NíN2Ы3+NlN1N4+NlN3Nt+N2N3N4)

И т.д.

Для стохастического процесса лесозаготовительного производства эффективную мощность комплекса следует оценивать выражением

1

N = ■

2/

V ^1сп /

(47)

52„ - дисперсия во времени, вызываемая неравенством времени производства единицы энергии машин в комплексе.

Видно, что здесь дисперсия так же является негативным факторо м, т.к. вызывает снижение мощности комплекса, и для выполнения операции мощность машин следует повышать.

Качество работы комплекса машин по мощности можно оценить значением коэффициента

<48>

как величина отношения эффективной мощности комплекса к суммарной мощности составляющих его машин и оборудования.

Удельная производительность системы машин последовательно выполняющих операций лесозаготовки определяется формулой

п =

Я N

или с учетом сгохастичности циклов

К1-

(49)

(50)

Удельная энергоемкость

ё=-

или

к.

П'

-1

V..

г.

тм

(51)

Видно, что дисперсия цикла производства лесоматериалов машинами и оборудованием уменьшает удельную производительность и соответственно увеличивает удельную энергоемкость.

Совместное качество производительности и цикла комплекса можно оценить коэффициентом

N

ё

где

л.

ЕД'

П

5>/'

затрачиваемой работы

(52)

(53)

(54)

При синергетическом подходе к анализу работы комплексов машин и механизмов показатели эффективности системы машин отличаются от их значений, которые определяются на основе аддитивной модели технологического процесса лесозаготовительного производства.

Коэффициент эффективной производительности и коэффициент эффективной мощности при синергетической модели являются наиболее информативными показателями работы систем машин, осуществляющих лесозаготовительное производство, и могут быть использованы в качестве основных критериев оценки энергосбережения технологии. В пятом разделе 5 представлены экспериментальные исследования и обоснованы критерии функциональной связанности лесозаготовительных

машин при синхронизированной и десинхронизированной работе систем машин в стохастической системе «технология-лес».

Повышение эффективности лесозаготовительного производства не возможно без оптимизации используемых технологических процессов, как с позиции представления эффективных показателей производства, так. и себестоимости выполняемых операций.

К числу основных технологических операций, выполняемых на лесосеке, относится валка деревьев, трелевка, обрезка сучьев, раскряжевка, измельчение порубочных остатков, погрузка. Технологический процесс может быть составлен из различных сочетаний этих операций и выполняться достаточно большим множеством механизмов и машин, которые характеризуются своей производительность, энергетическими затратами и временной стоимостью работ.

В разделе представлены сочетания вариантов основных операций технологического процесса, которые выполняются при производстве сортиментов на лесосеке. По каждому из представленных вариантов формируется комплекс механизмов и машин, характеризующийся своей производительность, затрачиваемой энергией и стоимость производимой продукции.

Представленное множество схем технологических процессов производства лесоматериалов на лесосеке отражает наличие многообразия технологических факторов, последовательности выполнения технологических операций, применяемых систем машин и механизмов, сопровождающихся различной степенью синхронизации.

Экспериментальные исследования стохастичности работы комплекса производства сортиментов на лесосеке бензомоторная пила - форвардер были выполнены на базе нормирования производительности пяти смен в 000«Кириши Леспром» летом 2009 г.

В качестве примера, в табл. 1 представлены результаты нормировки первой смены работы комплекса бензомоторная пила-форвардер, среднее расстояние трелевки сортиментов 500 м.

График зависимости времени цикла заготовки 1 м3 сортиментов от времени выполнения технологических операций для первой смены комплекса бензиномоторная пила - форвардер показан на рис.11.

час

0,04------

0,02

0,02 0,06 0Д0 Гс, час

Таблица 1

Производственные показатели работы комплекса бензопила-форвардер

№ зве на Марка пилы Часы работы Часы раб пил, мин ГСМ, л Сортимент, м3 ИТОГО за смену, м3

бенз. смесь масло осина ель береза

1 Хускварна357 Хускварна 256 8.30-13.00 14.00-17.00 312 7 2,5 29,41 16,52 0,27 46,2

2 Хускварна 357 Хускварна 357 8.30-13.00 14.00-17.00 330 8,5 3 55,16 6,43 0,31 61,9

і Хускварна 359 Хускварна 357 8.30-13.00 14.00-17.00 318 9 4 25,52 2,21 13,8 41,53

4 Хускварна 359 Хускварна 357 8.30-13.00 14.00-17.00 300 7 3 19,63 9,64 5,25 34,52

184,15

Диз.топливо,л

Трелевка Джон Дир 1110 14 мото.час 148,5 156

Показатель стохастичности =0,001, указывает на соответствующее снижение производительности комплекса, в связи с увеличением времени цикла.

В табл. 2 представлены показатели эффективности комплекса за пять смен работы.

Таблица 2

Показатели эффективности комплекса бензопила-форвардер_

№ смены Произвол. Мощность Уд.производ. Уд.энергоем. Стохастичн.

м7час кВт м7кВгчас кВгчас/м3 /2 Г/

1 14,7 50 0,3 3,4 1-10"'

2 15,0 50 0,3 3,3 1-Ю"1

3 10,0 50 0,2 5,0 0,16

4 9,1 50 0,18 5,6 0,11

5 10 50 0,2 5,0 0,16

Средний объем хлыста при разработках составил 0,4 м3, поэтому анализ эффективности последующих технологий выполнен для этого объема и среднего расстояния трелевки 500 м. В частности, проанализирован стохастический характер работы комплексов БП+ТБ+БП, БП+ТБ+МОСР, ВПМ+ТПЗ+МОСР, ВПМ+ТПЗ+БП, ВТМ+МОСР, ВТМ+БП, Х+Ф

В табл. 3 представлены показатели эффективности работы этих комплексов. Таблица 3 _Показатели эффективности системы машин__

Система машин Произвол. Мощность Уд.производ. Уд.энергоем. Стохастичн.

м^час кВт м^кВтчас кВтчас/м" /2 Т}

БП+ТБ+БП 2,8 4,5 0,6 1,6 0,07

БП+ТБ+МОСР 3,7 10,0 0,4 2,5 0,003

ВПМ+ТПЗ+МОСР 4,8 78,9 0,06 16,7 0,13

ВПМ+ТПЗ+БП 3,3 9,4 0,4 2,5 0,25

ВТМ+МОСР 5,0 67,0 0,07 14,3 0,04

ВТМ+БП 3,3 50,0 0,07 14,3 0,04

Х+Ф 5,0 95,2 0,05 20,0 0,09

Анализ результатов данного этапа работы (табл. 3) показал, что уровень стохастичности, характеризующий степень десинхронизации работы комплексов машин и механизмов производства сортиментов на лесосеке, изменяется от 0,001 до 0,25; он в свою очередь определяет уменьшение эффективной производительности технологии. При сравнении стохастичности машинных комплексов: ВПМ+ТПЗ+МОСР и Х+Ф, второй является более синхронизированным (стохастичность 0,09), чем первый (уровень стохастичности 0,13).

При сравнении стохастичности машинного комплекса в составе ВТМ+МОСР с машинно-механизированным комплексом - ВТМ+БП, выявляется, что уровень десинхронизации у них совпадает и составляет 0,04.

Достаточно низким уровнем десинхронизации 0,003, обладает комплекс, составленный из БП+ТБ+МОСР.

Технологии заготовки сортиментов на лесосеке на базе бензиномотор-ных пил могут обладать низкой стохастичностью в условиях согласования их производительности с производительностью дополняющих их машин.

Построенная математическая модель позволяет определять наиболее оптимальный технологический процесс и формировать оптимальный состав машин и механизмов в комплексе в зависимости от производительности комплекса и по аналогии потребной мощности и степени десинхронизации его работы.

В шестом разделе представлены экспериментальные исследования зависимости диаметра хлыста от длины для различных пород древесины, методики оптимального раскроя хлыстов на лесосеке и оптимального распределения ресурсов между технологиями на основе методов квадратичного программирования.

Экспериментальные исследования зависимости диаметра хлыста от длины для различных пород древесины проводились в производственных условиях в Иркутской области осенью 2007 г. путем проведения пассивно-

го эксперимента. Измерение длины хлыста выполнялось стальной мерной лентой (рулеткой со стопором) с нанесенными на ней делениями, цена деления 0,1 см.

Измерение диаметра ствола проводилось мерной вилкой, состоящей из мерной линейки, неподвижной и подвижной ножек. Цена деления мерной линейки 1 см с одной стороны и 0,5 см с другой. Диаметр ствола измерялся по расстоянию между перпендикулярами (боковыми поверхностями ножек), касающих боковую поверхность ствола. Диаметры хлыстов измерялись с корой. Перпендикуляр располагался под прямым углом к продольной оси хлыста. При измерении диаметра его значение округлялось до I см, а,длины до 0,5 м.

Измерения выполнены для следующих пород древесины: сосны, лиственницы, ели, пихты, березы, кедра и осины. Полученные данные обрабатывались методом статистического анализа пакетом «Statgraphics».

В результате статистической обработки получены квадратичные регрессионные зависимости диаметра ствола от его длины для представленных пород древесины на дискретном уровне достоверности 0,95.

- сосна ( разряд высоты 111)

-12 + 2Ь-0,0312 Ь2, (55)

- лиственница (разряд высоты 111)

О = + 9,33 + 0,45 Ь - 0,002 Ь2, (56)

- ель (разряд высоты И)

0 = - 12 +2 Ь-0,0312 Ь2 , (57)

- пихта (разряд высоты 1)

Б = -6,7+ 1,483Ь-0,0167Ь2, (58)

- береза (разряд высоты 11)

Э = +28,1- 1,287Ь - 0,0344Ь2 , (59)

- кедр (разряд высоты 11)

Б = -1566+263125Ь - 0,0406Ь2 , (60)

- осина (разряд высоты 11)

О = +28,3- 1,267Ь —0,0364Ь2 . (61)

Полученная информация позволяет определять возможности оптимального раскроя хлыстов на сортименты.

Для каждого хлыста задача оптимального раскроя методом нелинейного программирования (НЛП) ставится следующим образом: найти мак-

симум нелинейной целевой функции

-^тах, (62)

при ограничениях — (63)

(64)

где У,Ь- соответственно объем и длина хлыста, V, / - соответственно объем и длина сортимента, хеМ(М- множество положительных целых чисел), с - стоимость 1 м, зависящая от диаметра лесоматериала. Задача может быть дополнена обязательствами по портфелю заказов

Условие оптимизации раскроя хлыста на сортименты сводится к максимальному значению функционала стоимости

с = 1812,5 ^

+ ¿0

—>

тах,

(65)

где ¿4- диаметр в комлевом сечении; 4> - минимально допустимое значение вершинного диаметра; Ьа- длина ствола.

После интегрирования с учетом граничных условий получаем

с = 805,6^^"' Л -[к

тогда оптимальному раскрою хлыста соответствует максимальное значение функционала (65)

к

2 аП 1-Ет"

+ с11

'тах.

(66)

Видно, что максимальному условию

1-х / х

тт. При 1-!£"!г~ = 0> получаем значение

¿П О

соответствует условие максимальной

стоимости хлыста

1 = 805,6/,0 {с1\-с11)'

(67)

Формула (67) показывает зависимость стоимости хлыста от длины, диаметра в комлевом сечении и минимального диаметра вершинной части, определяющего минимальный диаметр сортимента.

Задачу оптимального раскроя хлыстов можно сформулировать как задачу квадратичного программирования: найти минимум целевой функции

->тт. (68)

В этом случает задача решается аналитическим методом Лагранжа, путем нахождения стационарного значения вспомогательной функции

^ = (69)

путем решения системы уравнений (70) и (71)

— =0, / = 1,2,3,... (70)

др х-, г ,

— = = 0. (71)

С учетом (69) система уравнений принимает вид

= Iе ~ X](- ^ )+ Я/,, (72)

Система уравнений является линейной и замкнутой по числу неизвестных х, и Л, поэтому её решение находится по формуле Крамера

к - а>

(73)

где с1-определитель основной матрицы системы уравнений (69) и (72), с1, -определитель матрицы, получающейся из определителя основной матрицы путем замены 1-того столбца столбцом из свободных членов.

Полученные формулы определяют область на целочисленной решетке оптимального раскроя хлыстов на сортименты. Выполненные исследования показывают, что решение задачи оптимального раскроя хлыстов методом нелинейного программирования сводится к нахождению узлов N -мерной целочисленной решетки, примыкающих к А'-мерной гиперплоскости (Л' - общее число типоразмеров сортиментов), определяемой уравнением = Ь, I = 1,2,3,.../V, а целевая функция указывает на область целочисленной решетки (верхнюю или нижнюю), где находится оптимальное решение. Поэтому основным информативным параметром решения поставленной задачи являются длина хлыста и числа типоразмеров сортиментов, на которые надо раскряжевать.

Квадратичное программирование. Линейное программирование (ЛП) является одним из востребованных методов решения оптимизационных задач, как в научных исследованиях, так и в практической деятельности: распределение ресурсов производства между машинами, оборудованием, бригадами, оптимизация технологических операций, экономических задач и др. В задачах, решаемых этим методом, целевая функция и область ограничения задаются линейными функциями. В стандартной форме задачи

ЛП формулируются в виде: найти экстремум целевой функции (min или шах)

F = с,я-, + сгхг +... + сихп min(max), (74)

- при заданной системе ограничений

+ 0,2^2 +- + а\пхп = с\

ai\x\ +аг2х2 +а2пх„ = С2

акЛ + ак2Х2 +- + акпХп=Ск

х > 0, с > 0.

Это задача поиска экстремума линейного функционала на линейных ограничениях.

Линейное программирование на линейных формах отображается на программирование квадратичных форм как квадратов длин векторов целевой функции при ограничениях на линейных формах, и становится возможным сделать переход от методов не дифференциального исчисления линейного программирования к дифференциальным.

На квадратичных формах целевой функции и линейных форм ограничений задача оптимизации ставится следующим образом: найти минимум целевой функции как минимальной длины вектор (минимальный квадратичный функционал)

ф = V2 = c*x'i + с2х2 + ... + с2пхгп min, (76)

при ограничениях

auxi +а1гхг+ — + а\пхп = Ci> a2lXl +а22Х2 + — + а2пХп —^-2'

(77)

ак\Х I +ак2Х 2 +- + акпХп = Ск-

Здесь целевая функция Ф обладает непрерывными частными производными первого и второго порядка по своим аргументам.

В рассматриваемых условиях задачу оптимизации, как минимизации целевой функции, можно решать методом множителей Лагранжа

Решения (76), (77) позволяют выстраивать оптимальную организацию лесозаготовительного процесса при наличии нескольких технологий, имеющих различную себестоимость единицы лесопродукции. В этом случае с - стоимость 1 м3 лесопродукции для отдельной технологии, х - объем лесопродукции, производимой отдельной технологией, а С- общий объем заготовки древесины. В том случае, когда имеется информация о производительности каждой операции, можно найти комплексную норму времени

каждой операции, обеспечивающую минимальные затраты выполнения всего комплекса работ:

где «/ - производительность отдельной технологии в комплексе.

Решение задачи оптимизации методом квадратичного программирования возможно при минимальном числе условий ограничения (к=1), что в принципе невозможно при линейном программировании. В тоже время множество задач линейного программирования можно решать представленным методом квадратичного программирования. В седьмом разделе рассмотрены возможные пути использования лесосечных отводов, раскрыта статистическая закономерность формирования дисперсности измельченной древесины в передвижных рубительных машинах и ее атмосферная сушка в естественных условиях.

Производство щепы на лесосеке может выполняться по нескольким технологическим схемам. Первая схема предусматривает выполнение рабочих операций бензиномоторными пилами с последующей трелевкой трактором с сортировкой по диаметрам: крупные - к сучкорезной машине, тонкомерные - к передвижной рубительной машине. Передвижная рубительная машина, продвигаясь вдоль штабеля тонкомерных деревьев, при помощи манипулятора захватывает деревья за вершинную часть и направляет их в ру-бителЕ.ную машину для измельчения. Произведенная щепа загружается в контейнеры, которыми комплектуются автощеповозы.

Вторая группа технологических процессов осуществляется ВПМ или ВТМ с бесчокерной трелевкой.

Трепгья группа технологических операций включает в себя применение комплекса для сортиментной заготовки - Х+Ф. Древесное сырье после раскряжевки собирается в кучи и сортируется по пути следования машины. После обработки всех деревьев на пасеке и транспортировки круглых лесоматериалов мобильными машинами собирают порубочные остатки, измельчают их и отвозят щепу к месту хранения.

Для выбора технологии сбора и утилизации лесосечных отходов имеют значение площади покрытия или вырубок. Большое влияние на степень покрытия вырубок лесосечными отходами оказывает влияние способ трелевки и сезон заготовки. Наибольшая степень покрытия наблюдается при трелевке хлыстов, наименьшая после трелевки деревьев. Атмосферная сушка древесных отходов. Атмосферный воздух можно использовать в качестве естественного источника тепла для сушки древесины. Несмотря на недостатки: большое время сушки и сезонность атмосферная сушка является эффективной, особенно для промежуточных скла-

дов лесозаготовительных предприятий. Если выдерживать древесину длительное время на воздухе при постоянной температуре и влажности, то в ней устанавливается определенная для этих условий равновесная влажность. Время достижения материалом древесины равновесной влажности зависит от начальной влажности, породы, температуры и относительной влажности воздуха.

Древесина обладает сложной капиллярно-пористой структурой водо-проводящих путей. Для решения практических задач движения жидкости и газа в материале древесины выстраиваются упрощенные модели проницаемой структуры. Построение структурной модели начинается с представления поперечного сечения полости, у лиственных пород оно имеет форму, близкую к кругу, а у хвойных прямоугольника. Длина капилляра, как правило, на два порядка больше поперечного размера. При упрощенной модели проницаемости материала древесины водопроводящие пути рассматриваются как продольно-радиальная система капилляров и пор.

Формула атмосферной сушки лесоматериалов получена в виде

IV = №+(!{'„ - IVр )ехр

1 Л

(79)

(кту\

р -и п Г, (1-/?К"

где коэффициент Ьс - утиРА1 к I 1с ¿{

ет стационарные условия сушки.

Время сушки можно оценить формулой

[фн-1УрЬ-1УрУ\

Абсолютное снижение влажности древесины при атмосферной сушке определяется формулой

I. 1

характеризу-

(80)

(81)

Построенные формулы учитывают все основные параметры, характеризующие атмосферную сушку лесоматериалов: коэффициента диффузии Д парциальное давление насыщенного пара р5, начальную влажность древесины Ши, гигроскопическую влажность IVр, относительную влажность воздуха, толщину материала <1(Ь).

Для круглых лесоматериалов имеет место условие: длина много больше диаметра, поэтому в условиях атмосферной сушки коэффициент £ принимает значение

и влага удаляется в основном с боковой поверхности.

В процессе испарения влаги диффузная составляющая непрерывно увеличивается, а капиллярная уменьшается.

Для щепы торцовая поверхность много меньше боковой, поэтому коэффициент 4с можно определять выражением

Формулы определяют процесс атмосферной сушки щепы при учете двух составляющих: диффузионного и капиллярного. На их основе можно формулировать условия получения качественной топливной щепы и ее хранения.

Складирование древесного топлива. Древесина в качестве биотоплива может храниться в виде кусковых отходов, круглых лесоматериалов, щепы. Местом его хранения могут служить: лесосека, верхний или промежуточный склад, нижний склад. Выбор места складирования во многом зависит от проходимости дорог в период ее потребления в качестве топлива.

Дробление высушенной древесины можно производить перед ее непосредственным использованием в теплоэнергетической установке. Переработка лесосечных отходов на топливную щепу эффективна при их выдержке на лесосеке в летний период. Недробленые порубочные остатки, уложенные в небольшие штабели, могут достигать пределов гигроскопической влажности, достаточной для их эффективного использования в качестве топлива. Складирование порубочных остатков у лесовозных дорог наиболее эффективно, т.к. потери биомассы незначительны из-за отсутствий необходимости их транспортировки на длительные расстояния. Исследование качества щепы. Поступающее топливо может сильно различаться по теплотворной способности, поскольку разные породы древесины и разные части ствола имеют различные свойства.

Качество древесного топлива имеет решающее значение для хранения и горения. Важнейшими качественными показателями являются: влажность; фракционный состав; доля мелки?: фракций; содержание золы; удельный вес; теплосодержание.

Основные требования к топливной щепе, используемой в теплоэнергетических установках формулируются ТУ 13-73-83 «Щепа техническая из тонкомерных деревьев и сучьев.

Экспериментальные исследования качества щепы проводились в Тосненском районе ЛО, на базе Лисинского ЛХТ. Щепа получалась из

= (яг)-1.

кга

(83)

свежесрубленной стволовой древесины разных пород и кустарника, и определялись фракционный состав, содержание коры, породный состав.

Производство щепы производилось стационарной рубительной машиной МРН20-1 на территории нижнего склада и передвижной рубительной машиной Валмет-1100 на лесосеке. Образцы длиной 1 м и диаметром 12, 16, 20, 34, 40 см рассортировывались по породам. Бревна диаметром больше 24 см раскалывались. На лесосеке щепа заготавливалась из порубочных остатков зимней и летней заготовки. Породный состав определялся по формуле древостоя.

Результаты исследования после обработки по программе (^аиБЙса» представлены в табл. 4 и 5.

С целью определения статистических закономерностей процесса измельчения древесины передвижными рубительными машинами следует рассмотреть его с позиции теории статистических инвариантов, как характеристик однородности неоднородных структур, и являющейся основой в статистической механике. Формируемую множественную щепу можно представить в виде динамической системы с большим числом степеней свободы, роль которых выполняют параметры, описывающие ее состояние. В стационарных условиях такие системы стремятся к своему предельному наиболее вероятному состоянию.

Таблица 4

Качественные показатели щепы, произведенной стационарной рубительной машиной

МРН 20-1 из колотой древесины

Порода Диаметр Остаток на ситах анализатора, % Содержание, %

древесины

по груп- 030 020 010 05 поддон коры гнили

пам, см

Ель 8 5,5 42,0 46,0 5,0 2,0 10 8

12 4,0 49,0 41,0 4,5 1,5 10 -

20 4,5 53,0 37,0 4,5 1,0 9 -

34 4,0 22,0 47,0 15 9,5 9 -

Сосна 12 4,5 60,0 29,5 5,0 1,5 8 -

16 5,5 52,0 35,5 4,5 1,0 8 -

20 6,5 53,0 33,5 4,5 1,0 9 -

40 6,0 43,0 37,0 7,0 7,0 10 15

Осина 12 6,0 59,5 28,5 4,5 2,0 12 -

20 5,0 57,0 32,0 5,0 1,0 12 -

34 6,0 61,0 29,0 2,5 1,5 11 2

40 6,6 41,0 31,5 15 7,0 11 18

береза 8 4,0 35,0 51,0 6,0 3,5 12 -

12 6,5 36,0 50,0 5,0 2,5 13 -

16 8,5 48,0 37,5 5,0 1,0 12 -

20 8,5 50,0 34,5 6,0 1,0 14 -

Таблица 5

Качественные показатели щепы, произведенной передвижной рубительной машиной

Валмет-1100

Вид древесного сырья Максимальный диаметр сырья, см Остаток на ситах анализато ра, % Содержание коры, %

030 020 010 05 Поддон

Вершинник 16 19,0 40,5 25,5 7,1 7,9 12

Придорожный кустарник 10 24,0 21,0 40,0 7,5 7,5 13

Совокупность измельченной древесины можно рассматривать как своего рода условное фазовое пространство, состоящее из числа ячеек, равного числу дискретных значений j размеров щепы. В каждой ячейке содержится количество rtj щепы размером lj, характеризующейся энергией образования Cj. Поэтому задача исследования ставится следующим образом: найти наиболее вероятное распределение щепы от ее размера в стационарных статистических условиях её образования при выполнении равенств

YjnJ=N = const, (84)

Y_,ejnj=E = const, (85)

первое равенство отражает условие постоянства общего количества образующейся измельченной древесины в единицу времени, а второе характеризует постоянство энергии образования за это время (мощности). Вероятность заполнения ячеек фазового пространства описывается зависимостью вида

N1

(86)

pi = 1 Пп-У

С учетом формулы Стерлинга, справедливой при п»1, п\ — п"е", можно записать =1пР] = ТУЬгЛ^-^л, \n.rij. Таким образом, наиболее вероятное распределение обусловлено равенствами

«К, = = £|„ П]<1П] = 0, (87)

с1Ы = ^с1п]= 0, (88)

¿Е = = 0. (89)

Для построения решения системы уравнений воспользуемся методом неопределенных множителей Лагранжа путем умножения (88) на - а, а (89) на Д после суммирования получаем уравнение

+ = 0, (90)

ИЗ которого следует условие его выполнения ln rij - а + ре] - 0, поэтому решение (опуская нижний индекс) принимает вид и = expaexp(-/fe), из условия нормировки получаем значение ехра = /W, поэтому можно записать n = pN{~pe). (91)

Механическая энергия е образования щепы является суперпозицией двух конкурирующих энергий поверхностной и объемной: при уменьшении размеров первая увеличивается, а вторая уменьшается (и наоборот). Поэтому энергия образования измельченной древесины в зависимости от размеров имеет экстремум. Функция распределения количества щепы по размерам имеет трех параметрический вид

n = nmtxp\-r{l-L)2l (92)

ее можно записать в безразмерном виде, как однопараметрическую, опираясь на модальные значения

л* = ехр[- е(/*-/)], (93)

где п. =п/пт, £=yl2m .

Трех параметрическое распределение (92) принимает вид двух параметрического нормального распределения в условиях, когда

«„=[(2^]"', г = (2**)-', (94)

а однопараметрическое становится нормальным, когда е=тс.

Сравнение результатов расчета по формуле (94) с опытными данными

показано в табл. 6 (числитель - опытное значение, знаменатель - расчет).

Таблица 6

Качественные показатели щепы, нарубленной на передвижной рубительной машине

Вид древесного сырья Максимальный диаметр сырья, см Остаток на ситах анализатора, %

0 30 мм 0 20 мм 0 10 мм 0 5 мм

Вершинник 16 19,0/20,0 40,5/40,0 25,5/20,0 7,1/7,5

В восьмом разделе приведены результаты экспериментальных исследований на опытной газогенераторной установке и представлены основные массогабаритные и энергетические параметры газожидкостных установок с дизелем полученные в результате исследований.

Перспективным направлением утилизации щепы является ее использование в теплоэнергетических установках для получения электрической энергии и тепла в виде горячей воды и пара. При переходе на древесное топливо происходит улучшение экологической обстановки за счет сниже-

ния выбросов в атмосферу и повышение КПД самой установки, т.к. используется тепло уходящих газов и охлаждающей жидкости.

На рынке представлен широкий спектр дизельных установок различной мощности, поэтому обеспечение их газогенераторными установками, производящими газогенераторный газ из измельченных отходов лесозаготовок, является экономически обоснованным. При этом достигается рентабельная автономность энергетических и тепловых модулей и обеспечивается экологическая безопасность региона.

Для разработки методики обеспечения газогенераторной установки необходимым количеством щепы, из которой производится генераторный газ, была создана опытная газогенераторная установка, на которой были проведены экспериментальные исследования. Исследования выполнены в лаборатории ДВС и ДУ СПб ГМТУ. Задачей исследования являлось изучение особенностей рабочего процесса при использовании газогенераторного газа, получаемого из различных видов древесного сырья в виде щепы и установление основных параметров необходимых для проектирования газожидкостных энергетических установок задаваемой мощности: удельный расход измельченной древесины, удельный расход газа удельный расход воздуха, удельная высота активной зоны, удельная энергоемкость измельченной древесины, удельная энергоемкость высоты активной зоны, удельная энергоемкость воздуха.

Принципиальна схема опытной газогенераторной установки показана на рис.12

Рис. 12. Принципиальная схема опытной газогенераторной дизельной установки:! -газогенератор, 2 - циклон, 3 - циклон, 4 - радиатор, 5 - тонкий очиститель, 6 - вентилятор, 7 - дизель, 8 - ресивер, 9 - смеситель

Установка включает в себя следующие элементы и системы: газогенератор, способный газифицировать древесные отходы, и обеспечивающий

выход генераторного газа с наименьшим количеством смол; системы охлаждения и очистки, предназначенные для снижения температуры генераторного газа и его очистки от вредных примесей, к числу которых относятся зола, сажа, смолистые вещества, сернистые соединения и влага; систему розжига, обеспечивающую пуск газогенератора; систему воспламенения и сжигания газогенераторного газа; системы управления, измерения и регистрации параметров работы при проведении испытаний.

Участвующий в исследованиях газогенератор относится к типу газогенераторов, обеспечивающих обращенный процесс газификации. Воздух подается в среднюю по высоте часть камеры, в которой происходит процесс горения древесных отходов.

Для грубой очистки генераторного газа в принятой схеме используется двухступенчатый очиститель вихревого типа. Для повышения плотности заряда газовоздушной смеси необходимо охлаждать газ перед его подачей в систему питания двигателя. Для охлаждения используются радиаторы, где происходит охлаждение и доочистка. Тонкий очиститель предназначен для максимальной очистки газа от водяных паров и вредных примесей перед его поступлением в систему питания двигателя. Система розжига (и отбора) генераторного газа, включающая в свой состав электровентилятор, предназначена для розжига газогенератора. Система воспламенения и сжигания генераторного газа используется при автономной стендовой отработке двигателя и включает в себя эжектор и воспламенитель.

Критерием качества газогенераторного газа является содержание в нем основного горючего компонента окиси углерода СО, оно существенно зависит от конструкции и режима работы, а так же от характеристик древесного топлива: породы, влажности, фракционного состава и др. Пробные пуски и начальные исследования газогенератора показали, что для получения газа с достаточным для работы двигателя содержанием окиси углерода необходимы работы по доводке некоторых конструктивных элементов и накопление навыков его эксплуатации, утерянных после 50-х годов XX века.

В результате исследования было установлено: исследуемый диапазон содержания СО в генераторном газе шире, чем у газогенераторных установок 30-50-х годов XX века на дровяном топливе.

Уменьшение одной сотой (1%) содержания СО приводит к увеличению доли жидкого топлива на 0,02 (2%); на номинальном режиме работы газодизеля соотношение требуемых расходов вторичного и первичного воздуха с ухудшением состава генераторного газа увеличивается в 1,35 раза; соотношение расходов вторичного воздуха и сухого генераторного газа при ухудшении качества газа увеличивается с 2,36 до 4,00; скорость воздуха из

фурм является важным фактором, влияющим на весь процесс газификации, а, следовательно, на экономичность газодизеля; время пребывания С02 в реакционной зоне не должно превышать 0,6 секунды.

Перевод дизеля на чисто газовый процесс является сложной задачей, связанным с внесением в конструкцию двигателя коренных конструктивных переделок и изменений при неизбежном падении мощности. Перспективным и экономически целесообразным является перевод дизеля на генераторный газ по газожидкостному типу с впрыском запального дизельного топлива в количестве 5-15% от цикловой номинальной подачи. Проблемы калорийности, очистки и охлаждения генераторного газа при этом остаются, но конструктивные изменения двигателя минимальные, а при определенных условиях удается обеспечить возможность работы газожидкостного двигателя по исключительно дизельному циклу, т.к. при дозе запального жидкого топлива более 10% от номинальной, возможно использовать штатный ТНВД, поэтому основные изменения в конструкции связаны с установкой смесителя, органа регулирования подачи газа, изменением регулировок по опережению подачи жидкого топлива и др.

При сохранении штатного высокого наддува удается достаточно быстро перевести двигатель на жидкое топливо, что является важным эксплуатационным преимуществом.

На основании выполненных исследований можно сформулировать основные параметры, необходимые для проектирования газожидкостной энергетической установки задаваемой мощности: удельный расход измельченной древесины <7/=1,4 кг/кВтчас; удельный расход газа д2 =3,2 м3/кВтчас; удельный расход воздуха д^=3,4 м3/ кВтчас; удельная высота активной зоны й=20 мм/кВтчас; удельная энергоемкость измельченной древесины #/=0,71 кВтчас/кг; удельная энергоемкость газа ^=0,31 кВт час/м3; удельная энергоемкость воздуха^ =0,29 кВт час/м3; удельная энергоемкость высоты активной зоны ^=0,24кВтчас/мм.

На основании значений представленных параметров можно дать оценку массогабаритных показателей промышленной газогенераторной установки работающих по газожидкостному циклу.

Расчеты показывают, что для газодизеля мощностью 180-220 кВт необходимо дополнительное оборудование со следующими размерами: газогенератор 7 м3, высотой 4,0 м и диаметром 1,5 м; охладитель 0,9 м3, высотой 3,0 м, диаметром 0,6 м; скруббер 5,4 м3, высотой 3,5 м, диаметром 1,4 м; газосборник 0,4 м3.

Суммарный габаритный объем оборудования газогенераторной установки становится равным примерно 12,7 м3, его масса составляет 2,4-4,0 т.

Эффективному КПД газодизеля, равному 25%, соответствуют следующие часовые расходы топлива: щепы 308 кг/час; жидкого дизельного топ-

лива 9,7 кг/час. Экономия дизельного топлива составляет 85% от номинальной дозы.

Заключение

На основании выполненных комплексных исследований по проблеме совершенствования лесозаготовительного производства и эффективного использования отходов лесозаготовок представлены концептуальные выводы и рекомендации

1. В результате комплексного исследования функциональной взаимосвязи системы машин, механизмов и оборудования, выполняющих последовательные технологические операции производства лесоматериалов, определены направления повышения эффективности лесозаготовительного производства на основе повышения производительности комплексов, снижения их мощности, оптимальной раскряжевки хлыстов и рационального использования вторичного сырья.

2. Построенная математическая модель для определения наиболее информативных критериев эффективности работы комплексов машин, как: единой и взаимосвязанной системы, выполняющей последовательные технологические операции в стохастических условиях протекания динамического процесса, актуальна для лесной отрасли.

3. На основе анализа эффективных удельных производительности и энергоемкости лесозаготовительных машин, работающих в стохастической системе «технология-лес», становится возможным формировать из них энергосберегающие высокопроизводительные системы машин.

4. Установлено, что критерием качества динамической системы производства лесоматериалов служит степень десинхронизации, которая определяется величиной дисперсии времени цикла производств и вызывает соответствующее снижение производительности комплекса.

5. Экспериментально установлено, что уровень степени десинхронизации работы комплексов на лесосеке изменяется в пределах от 0,001 до 0,25, что позволит лесозаготовительным предприятиям выбирать наиболее эффективные технологии лесозаготовок и формировать системы машин с минимальным уровнем флуктуации выполняемых операций.

6. Выполненный анализ показал, что степень синхронизации-десинхронизации работы комплексов определяется стохастическим характером лесозаготовительного производства на лесосеке, обусловленным статистичностью системы «технология-лес»: вероятностными законами распределения деревьев в естественных древостоях, образующих локальные однородные случайные кластерные структуры и стационарным (нестационарным) случайным процессом.

7. Показана необходимость применения математических методов оптимизации, как технологических операций производства лесоматериалов в сто-

хаотических условиях, так и распределения ресурсов производства между технологиями. Предлагаемые методы нелинейного и квадратичного программирования позволяет решать эту задачу. Построена математическая модель, на основе минимизации общего функционала стоимости затрат позволяет лесозаготовительным предприятиям оптимально распределять объемы производства между используемыми технологиями, что приведет к увеличению эффективности лесозаготовительного производства на 8-10 %.

9. Установлено, что путем оптимизации раскроя хлыстов на лесосеке на основе максимального значения функционала стоимости используя методы нелинейного и квадратичного программирования, можно увеличить выход наиболее ценных сортиментов на 5 %.

10. Показано, что эффективным решением задачи экологической и энергетической безопасности лесопромышленных регионов является использование древесных отходов в качестве сырья для газогенераторных установок, работающих по газожидкостному циклу, для получения электрической энергии.

11. Экспериментально получены параметры: удельный расход измельченной древесины <?1=1,4 кг/кВт час; удельный расход газа q2 =3,2 м3/кВт час; удельный расход воздуха q3=3,4 м3/ кВт час; удельная высота активной зоны А=20 мм/кВт час; удельная энергоемкость измельченной древесины gi =0,71 кВт час/кг; удельная энергоемкость газа g2=0,31 кВт час/м3; удельная энергоемкость воздуха g3=0,29 кВт час/м3; удельная энергоемкость высоты активной зоны g4=0,24 кВт час/мм, позволяют решать как прямую, так и обратную задачу при проектировании газогенераторных установок работающих по газожидкостному циклу.

12. Аналитическое обобщение эксплуатации газогенераторных установок прошлых лет и выполненные экспериментальные исследования на опытной газогенераторной установке, позволяют разработать на базе широко распространенного дизеля Д12 промышленную газодизельную установку, работающую по газожидкостному циклу на древесном газе из отходов лесозаготовок, мощностью 180-220 кВт., что дает возможность совершенствовать технологический процесс лесозаготовок и повысить его эффективности на 10-15%.

Основное содержание диссертации опубликовано: В изданиях по перечню ВАК

1. Патякин В.И., Кацадзе В.А., Беленький Ю.И., Бит Ю.А., Меньшиков В.Н. Основные концепции повышения эффективности лесозаготовок в Северо-Западном регионе. //Известия СПбГЛТА. - Вып. 166. 2000 г. С. 173-176.

2. Базаров С.М., Иванов В.А., Беленький Ю.И. Математическая модель повреждения подроста при работе машин технологии лесозаготовок. // Вестник КрасГАУ N° 1 2008. С. 23-26.

3. Базаров С.М., Беленький Ю.И., Пукало в Д.А. Выбор эффективного критерия формирования технологического процесса лесозаготовительного производства. // Вестник КрасГАУ. № 5. 2008. С. 279-281.

4. Беленький Ю.И., Букалов ДА. Особенности представления эффективного критерия формирования технологического процесса лесозаготовительного производства. // Известия СПбГЛТА. Вып. 185,2008 г. С. 81-85.

5. Базаров СМ., Беленький Ю.И., Кожемякин A.B. Статистический анализ эффективной производительности и мощности систем механизмов, машин и оборудования лесозаготовительного производства. // Известия СПбГЛТА. Вып. 190, 2009 г. С. 142-148.

6. Базаров С.М., Беленький Ю.И., Тарабан М.В. Возможности квадратичного программирования. // Известия СПбГЛТА. Вып. 193,2010 г. С. 282-287.

7. Базаров С.М., Беленький Ю.И., Парфенопуло Г.К. Обоснование стратегии эффективной работы систем лесозаготовительных машин на основе вероятностной модели. // Известия СПбГЛТА. Вып. 194,2010 г. С. 150-155.

8. Базаров С.М. Беленький Ю.И. Использование возможностей квадратичного программирования. Вестник КрасГАУ. № 3.2010. С. 18-20.

9. Базаров С.М., Беленький Ю.И., Парфенопуло Г.К.Стратегия эффективной работы систем машин на основе вероятностной модели. // Вестник КрасГАУ. № 6. 2011. С. 135-141.

10. Беленький Ю.И., Рыков С.П., Парфенопуло Г.К. К стратегии эффективной эксплуатации систем лесозаготовительных машин на основе вероятностных моделей. // Системы. Методы. Технологии. № 2,2011. С. 108-110.

И. Беленький Ю.И. Оценка технических возможностей создания газогенераторных установок с дизелем. Вестник КрасГАУ. № 10. 2011 г. С. 184-189. В монографиях:

12. Беленький Ю.И., Глядяев С.О. Использование древесных отходов лесозаготовок в качестве биотоплива газогенераторных установок. (Монография). СПб.: СПбГЛТА, 2009. 72 с.

13. Бит Ю.А., Беленький Ю.И. Производство древесного топлива. (Монография). СПБ.: СПбГЛТА: 2001.60с.

14. Базаров С.М., Беленький Ю.И., Кожемякин A.B. Системный анализ работы комплексов механизмов и машин заготовки круглого леса на лесосеке. (Монография). СПб.: СПбГЛТА, 2010. 88 с.

15. Беленький Ю.И., Куницкая O.A. Повышение энергетической и экономической эффективности лесозаготовительного производства. (Монография). СПб.: СПбГЛТУ, 2012. 170 с.

В прочих изданиях

16. Беленький Ю.И. Исследование процесса резания древесины в рубильных машинах при подаче сырья параллельно оси вращения рабочего органа. / В кн.: Станки и инструменты деревообрабатывающих производств. Межвуз. сб. научн.тр. Л: ЛТА: 1988. С. 98-101.

17. Беленький Ю.И., Ворон И.Ю. Расчет и изготовление геликоидальной поверхности межножевого сектора диска рубительной машины. // Лесоэксплуатация и лесосплав, №4,1989. С. 7-8.

18. Бойков С.П., Беленький Ю.И., Лаутнер Э.М. Параметры геликоидального диска. / В кн.: Механизация лесозаготовок и транспорта леса. Межвуз. сб. научн.тр.,Л: ЛТА: 1988. С. 13-19.

19. Бойков С.П., Беленький Ю.И., Ильенко Б.К., Ворон И.Ю.Раскряжевка хлыстов с автоматической сортировкой по диаметрам. / В кн.: Лесосечные, лесоскладские работы и транспорта леса. Межвуз. сб. научн.тр. Л: ЛТА: 1989. С. 9-11.

20. Беленький Ю.И., Румб В.К. Обоснование возможности создания промышленной газогенераторной дизельной установки для утилизации древесных отходов. / В кн.: Современные проблемы развития поршневых ДВС .Межвуз. сб. науч.тр. СПБ.: СПбМТУ. 2004. С. 34-36.

21. Бит Ю.А. Беленький Ю.И. Производство биотоплива и его использование на деревообрабатывающих предприятиях. / Материалы международного семинара «Биоэнергетика -2004». Пушкин, 2004 г. С. 56-60.

22. Есенбаев Б.Т., Мурашкин Н.В., Беленький Ю.И. Состав производственной системы. как объект стратегического управления. / В кн.: Безопасность жизнедеятельности. Сб. научн. тр. Выпуск 12, СПБ: МАНЭБ, 2007. С. 40-47.

23. Беленький Ю.И. Повышение эффективности использования биотоплива, произведенного на основе древесного сырья. / Материалы международной конференции «Состояние и перспективы использования возобновляемых источников энергии в муниципальной энергетике» СПб, 2008 С. 45-50.

24. Базаров С.М., Беленький Ю.И., Букалов Д.А. Математическая модель технико-экономической оптимизации лесозаготовительного производства. / В кн: Технология и оборудование лесопромышленного комплекса Сб. научн. тр. Выпуск I. СПб.: СПбГЛТА, 2008. С. 35-38.

25. Беленький Ю.И., Глядяев С.О. Система машин для переработки древесных отходов на технологическую щепу на лесосеке. / В кн: Технология и оборудование лесопромышленного комплекса. Сб. научн. тр. Выпуск 1. СПб.: СПбГЛТА, 2008. С. 43-45.

26. Базаров С.М., Беленький Ю.И. Статистические закономерности распределения деревьев в естественных древостоях. / В кн: Технология и оборудование лесопромышленного комплекса Сб. научн. тр. Выпуск 1. СПб.: СПбГЛТА, 2008. С. 45-48.

27. Григорьев И.В., Григорьева О.И., Жукова А.И., Беленький Ю.И. Оценка экологической эффективности лесоэксплуатации. / В кн: Технология и оборудование лесопромышленного комплекса. Сб. научн. тр. Выпуск 2. СПб.: СПбГЛТА, 2008. С. 3-10.

28. Беленький Ю.И. Обоснование возможности перевода работы котельной с мазута на дреиесное сырье в п. Пчевжа Ленинградской области. / Материалы Международной конференции «Развитие инновационного и производственного сотрудничества между финскими и российскими средними и малыми предприятиями в секторе биоэнергетики». г. Копса (Финляндия) 2008. С. 17-26.

29. Беленький Ю.И., Глядяев С.О. Возможности применения газогенераторных установок на лесосеке в качестве автономного энергетического модуля. / Материалы международной научно- практической конференции «Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины: пиломатериалы, фанера, деревянные дома, заводского изготовления, столярно-стрсительные изделия». СПб.: НП НТО МТД, том 2. 2009. С. 126-129.

30. Базаров С.М., Беленький Ю.И., Букалов Д.А. Критерии эффективности технологии лесозаготовительного производства. / Материалы международной научно- практической конференции «Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины: пиломатериалы, фанера, дере-

вянные дома, заводского изготовления, столярно-строительные изделия». СПб.: НП НТО МТД, том 2. 2009. С. 134-136.

31. Беленький Ю.И., Ржавцев A.A. Перспективы использования низкосортной древесины и отходов лесозаготовок с целью получения тепловой и электрической энергии. / Материалы международной научно- практической конференции «Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины: пиломатериалы, фанера, деревянные дома, заводского изготовления, столярно-строительные изделия». СПб.: НП НТО МТД, том 2. 2009.

32. С. 136-141.

33. Базаров С.М., Беленький Ю.И., Кожемякин A.B. Синергетический анализ эффективности функционирования систем механизмов, машин и оборудования лесопромышленного производства. / В кн: Технология и оборудование лесопромышленного комплекса. Сб. научн. тр. Выпуск 5. СПб.: СПбГЛТА, 2010. С. 5-8.

Просим принять участие в работе диссертационного Совета Д.212.008.01 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 163002, Архангельск, набережная Северной Двины 17 Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В.Ломоносова.Факс:8-818-2-28-76-14

БЕЛЕНЬКИЙ ЮРИЙ ИВАНОВИЧ АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 20.04.12. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 2,0. Печ. л. 2,5. Тираж 100 экз. Заказ № 123. С 16 а.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.

Введение.

1. Состояние проблемы и задачи исследования.

1.1. Машины и механизмы производства сортиментов.

1.1.1. Валочно-пакетирующие машины.

1.1.2. Валочно-трелевочные машины.

1.1.3. Трелевочные тракторы.

1.1.4. Бензиномоторные пилы.

1.1.5. Сучкорезные машины.

1.1.6. Сучкорезно-раскряжевочные машины.

1.1.7. Валочно-сучкорезно-раскряжевочные машины.

1.1.8. Сортиментоподборщики.

1.1.9. Лесозаготовительные бригады.

1.1.10. Критерии эффективности технологических процессов.

1.2. Стохастичность технологических процессов лесозаготовки.

1.3. Системы машин для производства сортиментов на лесосеке.

1.4. Математические модели оптимизации раскроя хлыстов.

1.5. Сырье для производства биотоплива.

1.6. Классификация способов переработки древесных отходов.

1.7. Характеристики древесного топлива для газогенераторных установок

1.8. Выводы.

2. Математическое моделирование стохастического процесса производства.

2.1. Статистические закономерности распределения деревьев в естественных древостоях.

2.2. Модель однородного поля естественных древостоев.

2.3. Модель стационарного случайного технологического процесса.

2.4. Выводы.

3. Производительность машин и механизмов в статистическом производстве.

3.1. Производительность вал очно-пакетирующих машин.

3.2. Производительность трелевочных тракторов.

3.3. Производительность валочно-трелевочных машин.

3.4. Производительность сортиментоподборщиков.

3.5. Производительность сучкорезно-раскряжевочного оборудования.

3.6. Производительность вал очно-сучкорезно- раскряжевочных машин

3.7. Производительность бензиномоторных пил.

3.8. Выводы.

4. Эффективность работы системы машин и механизмов.

4.1. Эффективная производительность.

4.2. Эффективная мощность.

4.3. Удельные производительность и энергоемкость.

4.4. Выводы.

5. Комплексы машин и механизмов производства сортиментов на лесосеке.

5.1. Комплексы на базе бензиномоторных пил и форвардеров.

5.2. Комплексы на базе валочно-пакетирующих машин.

5.3. Комплексы на базе валочно-трелевочных машин.

5.4. Система харвестер - форвардер.

5.5. Выводы.

6. Математическая модель оптимизации производства.

6.1. Экспериментальные исследования зависимости диаметра хлыстов от длины для различных пород древесины.

6.2. Методика оптимального раскроя хлыстов.

6.3. Квадратичное программирование.

6.4. Выводы.

7. Использование древесных отходов лесозаготовок в качестве биотоплива для газогенераторных установок.

7.1. Производство щепы на лесосеке.

7.2. Атмосферная сушка древесных отходов.

7.2.1. Основные положения сушки древесины.

7.2.2. Атмосферная сушка.

7.2.3. Складирование древесного топлива.

7.3. Исследование качества щепы.

7.4. Экспериментальные исследования щепы.

7.5. Аналитическое обобщение результатов экспериментов.

7.6. Выводы.

8. Разработка газогенераторной дизельной установки.

8.1.Экспериментальные исследования на опытной газогенераторной установке.

8.2. Результаты экспериментов.

8.3. Технические возможности создания газогенераторной установки с дизелем.

8.3.1. Особенности рабочего процесса газожидкостной установки.

8.3.2. Технические показатели газогенераторной установки.

8.4. Выводы.

В современных экономических условиях динамика развития лесозаготовительного производства связана с решением проблемы совершенствования лесозаготовительного производства на основе формирования энергосберегающих технологий, в рамках единых систем машин и оборудования, оптимизации последовательно выполняемых технологических операций, распределения ресурсов между ними, эффективного использования древесного сырья с соблюдением принципов неистощительного лесопользования, а в перспективе и расширенного воспроизводства лесных ресурсов.

Наиболее информативными показателями эффективности технологий являются их удельная энергоемкость и удельная производительность, которые должны определяться не по аддитивному принципу согласования операций, а по синергетичности их выполнения.

Технологический процесс на лесосеке в своей основе является статистическим, он вызван случайным характером распределения естественных дре-востоев и стохастичностью работы комплексов машин и механизмов. Статистический характер выполнения работы определяется средними значениями параметров и их дисперсиями, которые служат критерием качества технологических операций. Необходима полная синхронизация последовательно выполняющихся технологических операций, чтобы свести к минимуму флуктуации во времени производственного процесса, не допуская простоев.

Объем сортиментной заготовки древесины непрерывно увеличивается, поэтому разработка оптимального метода раскроя хлыстов на лесосеке является востребованной и актуальной.

Отходы лесозаготовок являются важной частью природных ресурсов России, они должны стать основным сырьевым ресурсом для развития биоэнергетической промышленности, способной решать задачи энергетической и экологической безопасности регионов. Работа лесных машин основана на сжигании дорогостоящих и токсичных нефтепродуктов. Разработка мобильного энергооборудования невысокой стоимости производящего электрическую энергии на лесосеке из древесных отходов позволит совершенствовать лесозаготовительных процесс, и востребована лесной отраслью. В этом качестве могут выступать газогенераторные установки, с дизельным приводом работающие по газожидкостному циклу.

Цель исследования: Повышение эффективности лесозаготовительного производства на лесосеке путем оптимизации технологических процессов, применяя принцип самоорганизации функционально взаимосвязанных машин, механизмов и оборудования, последовательно выполняющих технологические операции с использованием отходов лесозаготовок в качестве сырья для газогенераторных установок с целью получения электрической энергии.

В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи исследования:

- Обосновать критерии функциональной связанности лесозаготовительных машин при синхронизированной и десинхронизированной работе систем машин в стохастической системе «технология-л ее»;

-Определить критерий целостности, регулирования и качества технологических операций лесозаготовительного производства;

-Сформулировать наиболее информативные критерии эффективности работы лесозаготовительных систем машин : производительность; мощность; удельную производительность; удельную мощность; - на основе которых производится оптимизация технологических процессов в стохастических условиях;

-Построить математические модели распределения деревьев по площади в естественных древостоях, как однородного случайного поля и статистического технологического процесса как стационарного случайного поля; -Разработать методику оптимального раскроя хлыстов на лесосеке на основе методов нелинейного программирования на целочисленной решетке;

-Раскрыть статистическую закономерность формирования дисперсности измельченной древесины в передвижных рубительных машинах; -Построить математическую модель сушки измельченной древесины в естественных условиях;

-Разработать методику распределения общего объема производства лесозаготовительного предприятия между используемыми технологиями на основе минимизации общего функционала стоимости затрат, методом квадратичного программирования;

-Создать опытную газогенераторную установку для проведения на ней экспериментальных исследований;

-Разработать методику расчета основных массогабаритных и энергетических параметров газожидкостных установок с дизелем.

Объектом исследования являются лесосека с выполняемыми технологическими операциями производства лесоматериалов, ресурсы производства и отходы лесозаготовок.

Предметом исследования синергетически связанные системы машин и механизмов, выполняющие последовательные технологические операции, процесс формирования дисперсной структуры измельченной древесины.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы теория исследования систем, математические методы оптимизации, теория вероятностей и математической статистика, статистическая механика, методы нелинейного и квадратичного программирования, теория оптимального эксперимента. Научная новизна работы: 1. Разработана математическая модель оптимизации работы систем машин лесозаготовительного производства на основе их самоорганизующейся функциональной взаимосвязанности в процессе выполнения технологических операций в стохастических условиях.

2. Определены значения наиболее информативных критериев эффективности работы лесозаготовительных систем машин, последовательно выполняющих технологические операции в статистической системе «технология-л ее».

3. Построены математические модели распределения деревьев по площади в естественных древостоях как однородного случайного поля и стохастического технологического процесса как стационарного случайного поля.

4. Разработаны методики расчета оптимального раскроя хлыстов на лесосеке методом нелинейного программирования и распределения ресурсов производства лесозаготовительного предприятия между используемыми технологиями методом квадратичного программирования.

5. Построены математические модели дисперсности щепы в передвижных рубительных машинах и ее атмосферной сушки.

6. Разработана методика расчета основных массогабаритных и энергетических параметров газогенераторных установок, работающих по газожидкостному циклу на отходах лесозаготовок.

Научные положения, выносимые на защиту: синергетический принцип взаимосвязанности и целостности последовательно выполняемых технологических операций, определяющий условия формирования энергосберегающих технологических процессов и эффективности их развития в стохастических условиях.

• методика расчета эффективных производительности и мощности полностью или частично синхронизированных систем машин в статистической системе «технология-л ее».

• методика расчета эффективных удельных производительности и энергоемкости технологических процессов, как наиболее информативных критериев оценки их работы в стохастических условиях.

• методика оптимизации раскроя хлыстов на лесосеке в динамических условиях рынка с использованием методов нелинейного программирования;

• рекомендации по формированию оптимальных систем машин для производства круглых лесоматериалов на лесосеке в стохастических условиях;

• методика расчета основных массогабаритных и энергетических параметров газогенераторных установок работающих по газожидкостному циклу на древесном газе из отходов лесозаготовок. Обоснованность и достоверность научных положений обеспечивается корректностью принятых допущений при построении математических моделей с позиции теории принятия решений, аналитических методов оптимизации, теории вероятностей и статистики, обобщением результатов экспериментальных исследований прикладными статистическими программами при высокой достоверности.

Значимость для теории и практики заключается в том, что технологический процесс лесозаготовок рассмотрен как динамический процесс, в котором время циклов производства единицы продукции и затраты единицы энергии выступают основными регуляторами эффективности системы машин, участвующих в технологическом процессе лесозаготовительного производства. Построенная математическая модель влияния синхронизации и десинхронизации технологических операций на производительность лесозаготовительных комплексов и экспериментально установленный уровень степени десинхронизации их работы, позволяет определять наиболее эффективную технологию лесозаготовок с минимальным уровнем флуктуации выполняемых операций.

Предлагаемые методики расчета оптимального раскроя хлыстов на лесосеке и распределения ресурсов производства между технологиями позволяют лесозаготовительным предприятиям увеличить выход наиболее дорогостоящих сортиментов и оптимально организовать лесозаготовительный процесс, при наличии нескольких технологий, имеющих различную себестоимость, что повысит эффективность лесозаготовительного производства на 8-10%.

Выполненные экспериментальные исследования на опытной газогенераторной установке и предложенная методика расчета газогенераторных установок, дают, возможность проектировать промышленные газожидкостные энергетические установки работающих на древесном газе используя отходы лесозаготовок для получения электрической энергии, в том числе непосредственно на лесосеке, что позволит совершенствовать технологический процесс лесозаготовок и повысить его эффективности на 1015%.

Такие газожидкостные энергетические установки, работающие на древесном газе, полученном из древесных отходов, также востребованы для обеспечения электрической энергией отдаленных лесных и вахтовых поселков, труднодоступных деревень, отдаленных производств и способны решать задачи энергетической и экологической безопасности лесных регионов.

Теоретические, методологические и информационные основы исследования составили материалы научных исследований специалистов, научная, учебная и методическая литература, материалы периодических изданий, сведения из сети Интернет.

Основные научные и практические результаты, полученные лично автором:

1. обоснован синергетический принцип оптимизации работы систем механизмов, машин и оборудования, последовательно выполняющих технологические операции, и его критериальное представление;

2. сформулирована математическая модель определения наиболее информативных критериев оценки эффективности работы комплексов механизмов, машин и оборудования: эффективных производительности и мощности, эффективных удельных производительности и энергоемкости в стохастических условиях выполнения операций;

3. разработаны математические модели однородного поля деревьев в естественных древостоях и стационарного случайного динамического процесса производства на лесосеке;

4. разработаны методики расчета оптимального раскроя хлыстов на лесосеке и распределения ресурсов производства лесозаготовительного предприятия, между используемыми технологиями, методом квадратичного программирования;

5. исследована математическая модель формирования дисперсности щепы рубительными машинами и ее атмосферной сушки; создание опытной газогенераторной установки с дизельным приводом и участие в многофакторном эксперименте с целью получения методики расчета основных массогабаритных и энергетических параметров газогенераторных установок работающих по газожидкостному циклу.

Место проведения. Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете имени С.М. Кирова на кафедре Технологии лесозаготовительных производств.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на международном семинаре «Биоэнергетика-2004» (Пушкин, 2004 г.); Международной конференции «Состояние и перспективы использования возобновляемых источников энергии в муниципальной энергетике» (СПб, 2008 г.); Международной конференции «Развитие инновационного и производственного сотрудничества между финскими и российскими средними и малыми предприятиями в секторе биоэнергетики» (Котка, 2008 г.); первой международной научно-практической Интернет конференции «Леса России в XXI веке» (СПб, 2009 г.); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины: пиломатериалы, фанера, деревянные дома, заводского изготовления, столярно-строительные изделия» (СПб, 2009 г.); Научно-технической конференции «Наука и образование для лесопромышленного комплекса России» (Москва, 2012 г.); и ежегодных научно-технических конференциях СПбГЛТА в 1988-2011 гг. Часть материалов работы получена при выполнении НИР № 01201255482 «Разработка теоретических основ сквозных технологических процессов и модульных систем машин лесозаготовительного производства».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 32 работ, включая 4 монографии, 28 статей, включая 11 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 162 наименований, Общий объем работы 234 стр., включая 48 рисунка и 51 таблицу.

8.4. Выводы

Использование измельченной древесины, получаемой из отходов лесозаготовок, в качестве биотоплива для газогенераторных установок и производство этих установок являются наиболее эффективным решением задач энергообеспечения и экологической безопасности лесопромышленных регионов.

На основании выполненных исследований можно дать оценку мас-согабаритных и энергетических показателей газогенераторной установки с дизелем для получения необходимой производству мощности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных комплексных исследований по проблеме совершенствования лесозаготовительного производства и эффективного использования отходов лесозаготовок представлены концептуальные выводы и рекомендации:

1. В результате комплексного исследования функциональной взаимосвязи системы машин, механизмов и оборудования, выполняющих последовательные технологические операции производства лесоматериалов, определены направления повышения эффективности лесозаготовительного производства на основе повышения производительности, снижения мощности и рационального использования вторичного сырья.

2. Построенная математическая модель для определения наиболее информативных критериев эффективности работы комплексов машин, как единой и взаимосвязанной системы, выполняющей последовательные технологические операции в стохастических условиях протекания динамического процесса, актуальна для лесной отрасли.

3. На основе анализа эффективных удельных производительности и энергоемкости лесозаготовительных машин, работающих в стохастической системе «технология-лес», становится возможным формировать из них энергосберегающие высокопроизводительные системы машин.

4. Установлено, что критерием качества динамической системы производства лесоматериалов служит степень десинхронизации, определяемая величиной дисперсии времени цикла производств в стохастическом технологическом процессе, она вызывает соответствующее снижение его производительности.

5. Экспериментально установлено, что уровень степени десинхронизации работы комплексов производства сортиментов на лесосеке изменяется в пределах от 0,001 до 0,25 это позволит лесозаготовительным предприятиям выбирать наиболее эффективные технологии лесозаготовок и системы машин с минимальным уровнем флуктуации выполняемых операций.

6. Выполненный анализ показал, что степень синхронизации-десинхронизации работы комплексов определяется стохастическим характером лесозаготовительного производства на лесосеке, обусловленным статистичностью системы «технология-лес»: вероятностными законами распределения деревьев в естественных древо-стоях, образующих локальные однородные случайные кластерные структуры и стационарным (нестационарным) случайным процессом.

7. Показана необходимость применения математических методов оптимизации, как технологических операций производства лесоматериалов, так и распределения ресурсов между технологиями в стохастических условиях. Предлагаемые методы нелинейного и квадратичного программирования позволяет решать эту задачу. Построена математическая модель, на основе минимизации общего функционала стоимости затрат позволяет лесозаготовительным предприятиям оптимально распределять объемы производства между используемыми технологиями, что приведет к увеличению эффективности лесозаготовительного производства на 8-10 %.

8. Установлено, что путем оптимизации раскроя хлыстов на лесосеке на основе методов нелинейного и квадратичного программирования, можно увеличить выход наиболее ценных сортиментов на 5 %.

9. Показано, что эффективным решением задачи экологической и энер

I' Т" 1111 /1 I * Т I ^^ПЛТТПЛТТЛЛТ1ТТ ГТЛЛЛПЛЛ» . I ТТ»ТТТПГТГ11 ТЛ7 М(ЛПТГ/М1ЛП П 11 "I ГТ Т^ л Т I ч^^лула и^оина^-пис 1 К1 ль^ииришшшльппшл пипио лолл^ пользование древесных отходов в качестве сырья для газогенераторных установок работающих по газожидкостному циклу, для получения электрической энергии.

10.Экспериментально получены значения удельный расход измельченной древесины #1=1,4 кг/кВтчас; удельный расход газа Цг =3,2 л л м /кВтчас; удельный расход воздуха д3=3,4 м / кВтчас; удельная высота активной зоны к—20 мм/кВтчас; удельная энергоемкость измельченной древесины £1=0,71 кВтчас/кг; удельная энергоемкость газа £2=0,31 кВтчас/м3; удельная энергоемкость воздуха £3=0,29 кВтчас/м3; удельная энергоемкость высоты активной зоны £4=0,24 кВтчас/мм, позволяют решать как прямую, так и обратную задачу при проектировании газогенераторных установок задаваемой мощности работающих по газожидкостному циклу.

11 .Аналитическое обобщение эксплуатации газогенераторных установок прошлых лет и выполненные экспериментальные исследования на опытной газогенераторной установке позволяют разработать на базе широко распространенного дизеля Д12 промышленную газодизельную установку, работающую по газожидкостному циклу на древесном газе из отходов лесозаготовок, мощностью 180-220 кВт., что позволит совершенствовать технологический процесс лесозаготовок и повысить его эффективности на 10-15%.

1. Аболъ, 77. И. Машины для заготовки, транспортировки и первичной обработки хлыстов / П. И. Аболь // Лесн. пром-сть. - 1993. № 5, 6. - С. 1415.

2. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. М.: Наука, 1976. -279 с.

3. Азаренок, В. А. Экологизированные рубки леса / В. А. Азаренок. -Екатеринбург: УГЛТА, 1998. 99 с.

4. Азаренок, В. А. Сортиментная заготовка леса / В. А. Азаренок, Э. Ф. Герц, А. В. Мехренцев. Екатеринбург: УГЛТА, 1999. - 130 с.

5. Айвазян, С. А. Прикладная статистика: основы моделирования и первичная обработка данных / С. А. Айвазян. М.: Финансы и статистика, 1983. -471 с.

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

7. Александров, В. А. Научные основы динамики и прогнозирования рабочих процессов и прогнозирования нагруженности лесосечных машин с манипуляторами: дис. . д-ра техн. наук / В. А. Александров. Л.: ЛТА, 1983.-383 с.

8. Алябьев, В. И. Оптимизация производственных процессов на лесозаготовках / В. И. Алябьев. М.: Лесн. пром-сть, 1977. - 248 с.

9. Алябьев, В. И. Основы математического моделирования лесопромышленных процессов / В. И. Алябьев. М.: ЦНИИМЭ, 1990. - 398 с.

10. Андреев, В. Н. Математическое планирование эксперимента / В. Н. Андреев. Л.: ЛТА, 1982. - 40 с.

11. Андреев, В. Н. Принятие оптимальных решений: теории и применение в лесном комплексе / В. Н. Андреев, Ю. Ю. Герасимов. Йоэнсуу: Изд-во ун-та Йоэнсуу, 1999 . - 200 с.

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

13. Анисимов, Г. М. От чего зависит эффективность тракторной трелевки / Г. М. Анисимов // Лесн. пром-сть. 1981. № 11. - С. 29-30.

14. Анисимов, Г. М. Способ снижения энергоемкости процесса модульным лесопромышленным трактором / Г. М. Анисимов, М. Ф. Семенов // Интенсификация лесозаготовительных и лесохозяйственных производств: межвуз. сб. науч. тр. Л.: ЛТА, 1989. - С. 8-12.

15. Анисимов, Г. М. Эксплуатационная эффективность трелевочных тракторов / Г. М. Анисимов. М.: Лесн. пром-сть, 1990. - 207 с.

16. Анучин, Н. 77. Определение объемов хлыстов и сортиментов / Н. П. Анучин. М.: Лесн. пром-сть, 1973. - 190 с.

17. Ариф, А. Статистический анализ / А. Ариф, С. Эйзен. М.: Просвещение, 1982.-488 с.

18. Амалицкий, В. М. Лесозаготовительные предприятия с комплексной переработкой древесины / В. М. Амалицкий. М.; Л.: Гослесбумиздат, 1960.-46 с.

19. Банди, Б. Метод оптимизации / Б. Банди. М.: Радио и связь, 1988. -125 с.

20. Бадмаева, С. Д. Анализ эффективности использования основных фондов лесопильно-деревообрабатывающих предприятий / С. Д. Бадмаева // Лесной журн. 1981. № 5. - С. 124-128.

21. Бадмаева, С. Д. Исследование эффективности использования бревно-пильного оборудования: дис. . канд. техн. наук / С. Д. Бадмаева. Л.: ЛТА, 1978. - 144 с.

22. Барановский, В. А. Системы машин для лесозаготовок / В. А. Барановский, Р. М. Некрасов. М.: Лесн. пром-сть, 1977. - 246 с.

23. Базаров, С. М. Системный анализ работы комплексов механизмов и машин заготовки круглого леса на лесосеке / С. М. Базаров, Ю. И. Беленький, А. В. Кожемякин. СПб.: СПбГЛТА, 2010. - 86 с.

24. Беленький, Ю. И. Использование древесных отходов лесозаготовок в качестве биотоплива газогенераторных установок / Ю. И. Беленький, С. О. Глядяев. СПб.: СПбГЛТА, 2009. - 70 с.

25. Беленький, Ю. И. Производство древесного топлива / Ю. И. Беленький, Ю. А. Бит. СПб.: СПбГЛТА, 2001. - 60 с.

26. Большаков, Б. М. Некоторые аспекты сортиментной технологии / Б. М. Большаков // Лесн. пром-сть. 1997. № 1. С. 16-18.

27. Борисенко, В. А. Методика проведения эксплуатационных режимов работы сучкорезно-раскряжевочной установки / В. А. Борисенко // Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 11. Л.: ЛТА, 1982. - С. 95-97.

28. Борисенко, В. А, Повышение производительности и снижение энергоемкости технологического процесса сучкорезно-раскряжевочной установки: дис. . канд. техн. наук. / В. А. Борисенко. Л.: ЛТА, 1986. - 169 с.

29. Булин, В. 77. Исследование энергетических показателей тракторной трелевки леса в производственных условиях Северо-Западной зоны: дис. . канд. техн. наук / В. П. Булин. Л.: ЛТА, 1972. - 214 с.

30. Васильев, Г. М. На базе мобильной раскряжевочно-сортировочной машины / Г. М. Васильев // Лесн. пром-сть. 1985. № 11. С. 9-11.

31. Венцелъ, Е. С. Исследование операций / Е. С. Венцель. М.: Наука, 1988.-208 с.

32. Венцель, Е. С. Теория вероятностей / Е. С. Венцель. М.: Наука, 1969.-576 с.

33. Велликок, Г. М. Исследование процесса валки-трелевки деревьев при использовании машин манипуляторного типа: дис. . канд. техн. наук / Г. М. Велликок, Л.: ЛТА, 1978. - 272 с.

34. Вячеславов, Н, А. Исследование вопросов раскряжевки хлыстов на автоматизированных установках (применительно к району Севера европейкой части РСФСР): дис. . канд. техн. наук / Н. А. Вячеславов. Йошкар-Ола: Мари, 1974. - 152 с.

35. Вшьке, Г. А. Автоматизация производственных процессов лесопромышленных предприятий / Г. А. Вильке. М.: Лесн. пром-сть, 1972. -416 с.

36. Виноградов, Г. К. Технология лесосечных работ / Г. К. Виноградов. М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 96 с.

37. Виноградов, Г. К. Технология лесозаготовок / Г. К. Виноградов. -М.: Лесн. пром-сть, 1984. 304 с.

38. Вознесенский, В. А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях / В. А. Вознесенский. -М.: Финансы и статистика, 1981. 263 с.

39. Воевода, Д. К. Основные методы автоматизации в лесной промышленности / Д. К. Воевода. -М.: Гослесбумиздат, 1962. 427 с.

40. Воевода, Д. К. Основные положения по выбору технологических процессов и типов полуавтоматических и автоматических линий для лесо-складских работ / Д. К. Воевода. М.: Гослесбумиздат, 1963. - 123 с.

41. Вороницын, К. И. Технология лесозаготовок с вывозкой сортиментов /' К. И. Вороницын // Лесн. пром-сть. 1987. № 11. - С. 11-12.

42. Вороницын, К. И. Машинная обрезка сучьев на лесосеке / К. И. Вороницын, С. М. Гугулев. М.: Лесн.пром-сть, 1989. - 272 с.

43. Вторичные материальные ресурсы лесной и деревообрабатывающей промышленности. Образование и использование: справочник. М.: Экономика, 1984. - 224 с.

44. Герц, Э. Ф. Обоснование технологии лесозаготовок в низкобони-тетных насаждениях: дис. . канд. техн. наук / Э. Ф. Герц. Л.: ЛТА, 1988. - 189 с.

45. Гладков, Е. Г. Исследование влияния природно-производственного комплекса условий лесосеки на процесс сбора пачек и трелевки: дис. . канд. техн. наук / Е. Г. Гладков. Л.: ЛТА, 1972. - 174 с.

46. Гарман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В. Е. Гарман. М.: Высш. шк., 1988. - 479 с.

47. Гончаров, В. С. Исследование эксплуатационных режимов работы лесовозных автомобилей АМЗ в условиях Северо-Западной зоны: дис. . канд. техн. наук / В. С. Гончаров. Л.: ЛТА, 1970. - 209 с.

48. Гончарова, Н. М. Влияние сортиментной заготовки древесины на эффективность функционирования лесопромышленных предприятий в современных условиях: дис. . канд. экон. наук / Н. М. Гончарова. СПб: ЛТА, 1995.-208 с.

49. Горский, В. Г. Планирование промышленных экспериментов / В. Г. Горский, Ю. П.Адлер. М.: Металлургия, 1978. - 294 с.

50. Горский, В. Г. Планирование промышленных экспериментов /

51. B. Г. Горский, Ю. П.Адлер, А. М. Талалай. М.: Металлургия, 1978. - 112 с.

52. Гробов, А. Н. Экономическая эффективность специализации леспромхозов на выпуске ограниченного числа сортиментов / А. Н. Гробов, Л. А. Михайлова. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1978. - 27 с.

53. Гугелев, С. М. Заготовка и транспортировка сортиментов /'

54. C. М. Гугелев // Лесн. пром-сть. 1993. № 5, 6. - С. 15-16.

55. Гуров, С. М. Математические методы и модели в расчетах на ЭВМ / С. М. Гуров. СПб.: ЛТА, 1994. - 32 с.

56. ГОСТ 23246-78. Древесина измельченная. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1984. - 4 с.

57. ГОСТ 15815-83. Щепа технологическая. М.: Изд-во стандартов, 1984.-11 с.

58. Газогенераторные установки: опыт и перспективы использования, в том числе на древесных радиоактивных отходах. Минск: АНБ, 1995. -58 с.

59. Гинзбург, Д. Б. Газогенераторные установки / Д. Б. Гинзбург. М.; Л.: Газлеспром, 1936. - 258 с.

60. Гинзбург, Д. Б. Газогенераторные установки / Д. Б. Гинзбург. М.; Л.: Газлеспром, 1938. - 276 с.

61. Газогенераторная электростанция мощностью 45 л. с. М.: Газлеспром, 1952. - 52 с.

62. Дербин, В. М. Исследование и разработка технологии лесосечных работ с сортировкой леса с целью повышения эффективности машинной заготовки: дис. . канд. техн. наук / В. М. Дербин. Л.: ЛТА, 1982. - 161 с.

63. Дворецкий, И. Т. Алгоритм самопрограммирующегося устройства раскряжевочных агрегатов / И. Т. Дворецкий // Тр. ЦНИИМЭ, 1961.

64. Джонсон, Н. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке / Н. Джонсон, Ф. Лион. М.: Мир, 1981. - 42 с.

65. Дудюк, Д. Л. Оптимизация штабелевочно-погрузочных процессов на складах лесопромышленного предприятия: дис. . канд. техн. наук / Д. Л. Дудюк. Львов, 1968.-335 с.

66. Дудюк, Д. Л. Эффективные параметры и компоновка технических линий производства и обработки круглых лесоматериалов: дис. . д-ра техн. наук / Д. Л. Дудюк. Львов, 1990. - 315 с.

67. АО 77,^.,. Т> А ГЛК^пК^гТТТУ „ ----------- / ТЭ А ТТ----»о. и. п. ^ираии 1 ла даппшл па 1 и\ о ирммсрлл / и. гл. ¿^пль. —1. СПб: Питер, 1997.-240 с.

68. Заготовка сортиментов на лесосеке / А. В. Жуков и др.. М.: Экология, 1993.-312 с.

69. Залегаллер, Б. Г. Механизация и автоматизация на лесных складах / Б. Г. Залегаллер. М.: Лесн. пром-сть, 1973. - 408 с.

70. Залегаллер, Б. Г. Оптимизация технологических процессов нижних складов / Б. Г. Залегаллер. Л.: ЛТА, 1977. - 132 с.

71. Залегаллер, Б. Г. Технология и оборудование лесных складов / Б. Г. Залегаллер, П. В. Ласточкин, С. П. Бойков. М.: Лесн. пром-сть, 1984. -352 с.

72. Запольский, Б. А. Автоматизированные системы управления в лесной промышленности / Б. А. Запольский. М.: Лесн. пром-сть, 1973. - 222 с.

73. Залгаллер, В. А. Новое в составлении поставок на распиловку бревен / В. А. Залгаллер. Л.: Лесн. пром-сть, 1956. - 120 с.

74. Залгаллер, В. А. Рациональный раскрой промышленных материалов / В. А. Залгаллер, Л. В. Канторович. Новосибирск: Наука, 1972. - 300 с.

75. Использование низкокачественной древесины и отходов лесозаготовок: справочник. М.: Лесн. пром-сть, 1970. - 246 с.

76. Йори, Ууситало. Основы лесной технологии / Ууситало Йори. -Йоэнсуу, 2004. 228 с.

77. Клгшушев, Н. К. Имитационная модель производства / Н. К. Климушев, В. А. Самоделкин // Лесн. пром-сть. 1988. — № 2. - С. 21-27.

78. Колмогоров, А. Н. Теория вероятностей и математическая статистика / А. Н. Колмогоров. М.: Наука, 1986. - 534 с.

79. Кочегаров, В.Г. Технология и машины лесосечных работ /

80. B. Г. Кочегаров, Ю. А. Бит, В. Н. Меньшиков. М.: Лесн. пром-сть, 1990. -392 с.

81. Кочегаров, В. Г. Технологический процесс освоения лесосек многооперационными машинами / В. Г. Кочегаров. Л.: ЛТА, 1972. - 98 с.

82. Кузнецов, В. В. Снижение энергоемкости тракторной трелевки путем рациональной загрузки двигателя постоянной мощности: дис. . канд. техн. наук / В. В. Кузнецов. СПб.: ЛТА, 1992. - 154 с.

83. Кулаичев, А. 77. Методы и средства анализа данных на ПК / А. П. Кулаичев. М.: Информатика и компьютеры, 1996. - 257 с.

84. Кушляев, В. Ф. Лесозаготовительные машины манипуляторного типа / В. Ф. Кушляев. М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 248 с.

85. Ласточкин, 77. В. Теоретические исследования автоматизированных установок для сортировки круглых лесоматериалов: дис. . д-ра техн. наук / П. В. Ласточкин. Л.: ЛТА, 1974. - 368 с.

86. Левша, А. И. Исследование энергоемкости процесса тракторной трелевки древесины: дис. . канд. техн. наук / А. И. Левша. Л.: ЛТА, 1969. - 199 с.

87. Левша, А. И. Энергетическая оценка процесса трелевки древесины бесчокерными машинами / А. И. Левша // Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 1. -Л.: ЛТА, 1972.-С. 93-100.

88. Ледяева, А. С. Обоснование оптимального раскроя хлыстов методом линейного программирования: автореф. дис. . канд. техн. наук / А. С. Ледяева. СПб.: СПбГЛТА, 2007. - 20 с.

89. Лесной кодекс РФ. М.: ВНИИЦлесресурс, 1997. - 66 с.

90. Лившиц, Н. В. Рациональная раскряжевка хлыстов / Н. В. Лившиц,

91. A. И. Меньшикова // Лесн. пром-сть. 1986. № 7. - С. 16-19.

92. Ледяева, А. С. Моделирование профиля хлыста и оптимальная раскряжевка / А. С. Ледяева // Известия СПбГЛТА. Вып. 178. 2006. С. 70-78.

93. Лиепинъ, О. К. Исследование оптимальной технологии отделения тонкомера в процессах лесозаготовок: автореф. дис. . канд. техн. наук / О. К. Лиепинь. Елага, 1974. - 38 с.

94. Мазуренко, А. 77. Механизация сортировки круглых лесоматериалов при раскряжевке хлыстов / А. П. Мазуренко. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1987.-38 с.

95. Матвейко, А. 77. Технология и оборудование лесозаготовительного производства / А. П. Матвейко. Минск: Техноперспектива, 2006. - 446 с.

96. Машины и оборудование лесозаготовок: справочник / Е. И. Миронови др.. М.: Лесн. пром-сть, 1990. - 440 с.

97. Меньшиков, В. Н. Обоснование технологии заготовки леса с сохранением и воспроизведением природной среды / В. Н. Меньшиков. Л.: ЛГУ, 1987.-220 с.

98. Меньшиков, В. Н. Обоснование технологии заготовки леса при комплексном освоении лесных массивов: дис. . д-ра техн. наук /

99. B. Н. Меньшиков. Л.: ЛТА, 1989. - 522 с.

100. Меньшиков, В. Н. Разработка лесосек при несплошных рубках / В. Н. Меньшиков. Л.: ЛТА, 1984. -56 с.

101. Меньшиков, В. Н. Разработка лесосек машинами при сплошноле-сосечных рубках / В. Н. Меньшиков. Л.: ЛТА, 1983. - 60 с.

102. Мурашкин, H. В. Обоснование эффективности технологий лесозаготовок / Н. В. Мурашкин и др.. СПб.: СПбГУ, 2008. - 132 с.

103. Немцов, В. 77. Развитие машинной технологии лесозаготовок в России / В. П. Немцов // Лесн. пром-сть. 1993. № 5, 6. - С. 12-13.

104. Обоснование основных параметров систем машин для сорти-ментной технологии заготовки лесоматериалов и рационального освоения древесного сырья: отчет НИР / Рук. С. П. Бойков. Л.: ЛТА, 1986. - 79 с.

105. Орлов, С. Ф. Теория и применение агрегатных машин на лесозаготовках / С. Ф. Орлов. М.: Гослесбумиздат, 1963. - 286 с.

106. Парамонов, С. Д. Сортировка перед раскряжевкой / С. Д. Парамонов // Лесн. пром-сть. 1983. № 11. - С. 5-6.

107. Паничев, Г. 77. Сортиментный метод заготовки лесоматериалов в Финляндии и Швеции / Г. П. Паничев, Б. Н. Новиков, П. Н. Бартош. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1992. - 24 с.

108. Перфилов, M. JI. Многооперационные лесосечные машины / М. Л. Перфилов. М.: Лесн. пром-сть, 1974. - 208 с.

109. Патякин, В. И. Техническая гидродинамика древесины / В. И. Патякин, Ю. Г. Тишин, С. М. Базаров. М.: Лесн. пром-сть, 1990. - 304 с.

110. Петровский, В. С. Автоматическая оптимальная разделка стволов в системах управления первичной обработки древесины: дис. . д-ра техн. наук / В. С. Петровский. Л.: ЛТА, 1971.-276 с.

111. Петровский, В. С. Автоматическая оптимизация раскроя древесных стволов / В. С. Петровский. М. Лесн. пром-сть, 1970. - 184 с.

112. Петровский, В. С. Оптимальная раскряжевка лесоматериалов / В. С. Петровский. М.: Лесн. пром-сть, 1989. - 288 с.

113. Пижурин, А. А. Исследование процессов деревообработки / А. А. Пижурин, М. С. Розенблит. М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 232 с.

114. Пижурин, А. А. Основы моделирования и оптимизации процессов деревообработки / А. А. Пижурин, М. С. Розенблит. М.: Лесн. пром-сть, 1988.-294 с.

115. Прохоров, В. Б. Эксплуатация машин в лесозаготовительной промышленности / В. Б. Прохоров. М.: Лесн. пром-сть, 1978. - 304 с.

116. Прохоров, В. Б. Установление взаимосвязи энергетических и экономических показателей эффективности машинного производства / В.Б.Прохоров, С. Д. Бадманова // Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 11. Л.: ЛТА, 1982.-С. 112-117.

117. Прохоров, В. Б. Повышение эффективности процесса тракторной трелевки / В. Б. Прохоров, С. Д. Бадманова, А. В. Трофимов // Межвуз. сб. науч. тр. Л.: ЛТА, 1983. - С. 86-82.

118. Рашковский, Б. С. Исследование параметров и компоновки сортировочных и штабелевочно-погрузочных участков нижних складов: дис. . канд. техн. наук / Б. С. Рашковский. Л.: ЛТА, 1977. - 156 с.

119. Романовский, С. А. Горючие газы. Производство, распределение и очистка / С. А. Романовский. Киев: Техника, 1964. - 268 с.

120. Редькин, А. К. Технология и проектирование лесных складов / А. К. Редькин и др.. -М.: Экология, 1991.-288 с.

121. Редькин, А. К. Основы моделирования и оптимизации процессов лесозаготовок / А. К. Редькин. М.: Лесн. пром-сть, 1988. - 256 с.

122. Редькин, А. К. Управление операций на лесных складах / А. К. Редькин. -М.: Лесн. пром-сть, 1978. 208 с.

123. Редькин, А. К. Математическое моделирование и системный анализ лесоскладских операций / А. К. Редькин. М.: МЛТИ, 1985. - 128 с.

124. Розенблит, М. С. Практикум по планированию эксперимента / М. С. Розенблргг, П. К. Житаев. М.: МЛТИ, 1983. - 76 с.

125. Рочев, А. И. Разработка оценки экономической эффективности лесозаготовительного производства в переходный период / А. И. Рочев. -Сыктывкар: КомиНИИпроект, 1996. 38 с.

126. Салинъ, 3. Ю. Заготовка сортиментов на лесосеке / 3. Ю. Салинь, И. Ансонс, К. К. Банис // Лесн. пром-сть. 1983. № 12. - С. 8-9.

127. Семенов, М. Ф. Обоснование параметров технических решений модульных трелевочных систем с целью повышения производительности и снижения энергоемкости процесса: дис. . д-ра техн. наук / М. Ф. Семенов. СПб.: ЛТА, 1996. - 386 с.

128. Семенов, М. Ф. Эффективность функционирования лесосечных модульных машин / М. Ф. Семенов. СПб.: ЛТА, 1996. - 224 с.

129. Статистическое моделирование и прогнозирование / Г. М. Тамбуров и др.. М.: Финансы и статистика, 1990. - 376 с.

130. Степанов, Г. А. Оптимизация производства круглых лесоматериалов / Г. А. Степанов. М.: Лесн. пром-сть, 1972. - 160 с.

131. Ступнев, Г. В. Новые принципы базирования круглых лесоматериалов при механической обработке / Г. В. Ступнев. М.: ВНИПИЭИлес-пром, 1978. - 56 с.

132. Ступнев, Г. В. Пути совершенствования лесозаготовительного процесса / Г. В. Ступнев. М.: Лесн. пром-сть, 1971. - 200 с.

133. Степаков, Г. А. Оптимизация круглых лесоматериалов / Г. А. Степаков. М.: Лесн. пром-сть, 1974. - 160 с.

134. Тарасевич, В. Э. Совершенствуется раскряжевка хлыстов / В. Э. Тарасевич // Лесн. пром-сть. 1981. № 11. - С. 9-11.

135. Таубер, А, Б. Снижение энергоемкости лесоскладского оборудования / А. Б. Таубер // Лесн. пром-сть. 1987. № 8. - С. 32-34.

136. Технологические расчеты планов сортиментации хлыстов / Г. А. Прешкин и др.. Екатеринбург: УГЛТА, 1997. - 28 с.

137. Тодоров, С. М. Обоснование рационального технологического сортировочно-штабелевочного участка нижнего лесного склада: дис. . канд. техн. наук / С. М. Тодоров. СПб.: ЛТА, 1993.- 185 с.

138. Торопов, А. С. Исследование технологического процесса групповой раскряжевки на установках с продольным перемещением хлыстов: дис. . канд. техн. наук / А. С. Торопов. JL: JITA, 1978. - 174 с.

139. Торопов, А. С. Интенсификация производственных процессов поперечной распиловки лесоматериалов: дис. . д-ра техн. наук / А. С. Торопов. СПб.: ЛТА, 1993. - 338 с.

140. Трофимов, А. В. Повышение эффективности трелевки леса гусеничными тракторами путем более полного использования их энергетического потенциала: дис. . канд. техн. наук / A.B. Трофимов. Л.: ЛТА, 1982.-212 с.

141. Тюрин, Ю. Н. Статистический анализ данных на компьютере / Ю. Н. Тюрин, А. А. Макаров. М.: Финансы и статистика, 1998. - 528 с.

142. Успенский, Е. И. Несплошные рубки леса по скандинавской технологии / Е. И. Успенский, С. М. Гордеев, С. А. Костерин. Йошкар-Ола: МарГТУ, 1995.-47 с.

143. Ушаков, Г. М. Обоснование технологии лесосечных работ при заготовке сортиментов многооперационными машинами: дис. . канд. техн. наук / Г. М. Ушаков. Л.: ЛТА, 1989. - 253 с.

144. Файзулин, М. 3. Исследование эксплуатационных показателей технологического оборудования валочно-трелевочных машин манипуля-торного типа: дис. . канд. техн. наук / М. 3. Файзулин. Л.: ЛТА, 1977. -212 с.

145. Фаст, В. И. Выбор и обоснование технологии лесосечных работ при машинной заготовке леса: дис. . канд. техн. наук / В. И. Фаст. Л.: ЛТА, 1986.-232 с.

146. Фергин, В. Р. Методы оптимизации в лесопильно-деревообрабатывающем производстве / В. Р. Фергин. М.: Лесн. пром-сть, 1975.-216 с.

147. Цыгарова, М. В. Повышение эффективности освоения лесосек с переувлажненными грунтами путем обоснования рациональной технологии: дис. . канд. техн. наук / М. В. Цыгарова. СПб.: JITA, 1998. - 208 с.

148. Червинский, В. А. Раскрой древесных хлыстов / В. А. Червинский // Известия ВГУ. Воронеж, 1982. - 64 с.

149. Шеннон, Р. Имитационное моделирование систем / Р. Шеннон. -М.: Мир, 1978.-418 с.

150. Ширнин, Ю. А. Исследование технологии лесосечных работ с вывозкой подсортированного леса: дис. . канд. техн. наук / Ю. А. Ширнин. -Л.: ЛТА, 1979.-115 с.

151. Ширнин, Ю. А. Технология и машины лесосечных работ при вывозке сортиментов / Ю. А. Ширнин. Йошкар-Ола: МарГТУ, 1996. - 148 с.

152. Ширнин, Ю. А. Технология и эффективность рубок с естественным возобновлением леса / Ю. А. Ширнин, Е. Н. Успенский, А. С. Белоусов. Йошкар-Ола: МарГТУ, 1991. - 100 с.

153. Эколого-географические основы рационального природопользования в многолесных районах. Сыктывкар: ЛТА, 1995. - 112 с.

154. Шегельман, И. Р. Техническое оснащение современных лесозаготовок / И. Р. Шегельман, В. И. Скрыпник, О.И.Галактионов. СПб.: Проф-информ, 2005. - 336 с.

155. Энергосберегающая технология лесосечных работ / Ю. Д. Силуков и др. // Лесн. пром-сть. 1986. № 7. - С. 11-114.

156. Якубинский, В. А. Дерево как объект обработки на нижнем складе / В. А. Якубинский // Тр. ЦНИИМЭ. Вып. 60. 1965. С. 23-73.

157. Grammel, R. Holzernte und Holztransport, Grundlagen / R. Grammel. Hamburg, Berlin, Parey, 1988. - 242 s.

158. Hartman, K. Statistische Versuchsplanung und Auswerstung in der Stoffwirtschaft / K. Hartman, E. Lezki, W. Schafer. Leipzig, VEB, Verlag Grundstoffindustrie. 1974. - 439 s.

159. Pfedeeisatz im Xvald // Allqemeine Forestzeitschrift. 1963 / № 51, 52.-P. 1339-1370.

160. Eisele, E. L. Umweltfreundliche Forstmaschintn / E. L. Eisele // Allqemeine Forsetzeitschrieft. 1994. № 4. - P. 59-62.