Обоснование параметров оборудования многооперационных машин при сортиментной заготовке древесины тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат технических наук Сенькин, Виктор Александрович

• Сенькин, Виктор Александрович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сенькин, Виктор Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор и анализ современного состояния лесопромышленного комплекса.

1.2. Современные лесные машины и технологические процессы при проведении лесосечных работ.

1.3. Анализ проведения сплошных рубок главного пользования многооиерационными ВСРМ.

1.4. Характеристика комплекта основного оборудования многооперационных машин при сортиментной заготовке древесины.

1.5. Выводы. Цели и задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВА11ИЕ ПРЕДМЕТА ТРУДА, ПРОДОЛЖИТЕЛЫ ЮСТИ И ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТ

Ml ЮГООПЕРАЦИОННЫМИ МАШИНАМИ.

2.1. ГИС технологии в лесном хозяйстве.

2.2. Теоретические исследования параметров предмета труда.

2.3. Методика проведения измерений параметров предмета труда.

2.4. Методика определения продолжительности и энергозатрат при выполнении технологических операций лесосечных работ.

2.5. Выводы по разделу.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ ЛЕСОСЕК ХАРВЕСТЕРАМИ.

3.1. Геоинформационное моделирование лесосеки.

3.2. Моделирование рабочей зоны харвестера.

3.3. Анализ расчетных моделей лесосеки.

3.4. Выводы по разделу.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВА11ИЯ РАБОТЫ

ХАРВЕСТЕРОВ.

4.1 Планирование эксперимента для математического описания технологических процессов лесосечных работ.

4.2. Статистическая оценка результатов экспериментов.

4.3. Экспериментальное определение продолжительности и энергозатрат рабочего цикла харвестера.

4.4. Определение производительности харвестера.

4.5. Выводы по разделу.

5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВНЕДРЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ IIA ПРЕДПРИЯТИЯХ ЛЕСПРОМЫШЛЕППОГО КОМПЛЕКСА.

5.1. Рекомендации по выбору технологической схемы разработки лесосеки.

5.2. Рекомендации по сокращению продолжительности цикла и расхода топлива при выполнении лесосечных работ харвестерами.

5.3. Рекомендации по выбору комплекта основного оборудования сортиментных многооперационных машин.

5.4. Выводы по разделу.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров оборудования многооперационных машин при сортиментной заготовке древесины»

Актуальность темы. Усиливающаяся конкуренция и все более жесткие требования, предъявляемые к качеству продукции и услуг, вызывают необходимость нововведений и применения новых технологий в лесной промышленности. Лесозаготовительные машины будущего должны производить больше и делать это лучше при условии уменьшения производственной себестоимости.

Одной из новых технологий разработки лесосек является сортиментная технология, и она становится более популярной. Эти тенденции способствуют более широкому использованию машин для сортиментной технологии в странах, в которых основная доля древесного сырья заготавливается в естественных насаждениях (Россия, США, Канада). Машины для сортиментной технологии все больше эксплуатируются на рубках главного пользования.

Мировой опыт показывает, что заготовка древесины может производиться на базе современных систем машин по различным технологическим схемам. Такие машины должны быть многофункциональными, то есть выполняющими практически одновременно целый набор функций-операций по валке, обрезке сучьев, раскряжевке на сортименты заданной длины и пакетированию, которые по традиционной хлыстовой технологии лесозаготовки производятся целым комплексом лесосечных одно- двухоперационных машин. В настоящее время в качестве основного машинного комплекса для заготовки сортиментов в условиях лесосеки широко применяются валочно-сучкорезно-раскряжевочные машины (ВСРМ) - харвестеры, оснащенные захватно-срезающе-раскряжевочным устройством - харвестерной головкой (ХГ).

Следует отметить более высокий уровень экологической безопасности для лесной экосистемы, свойственной харвестерной технологии. Так все операции на лесосеке по заготовке сортиментной древесины осуществляются за один проход многооперационной машины но волоку, укрепленному порубочными остатками.

Увеличивающийся спрос на древесину с ростом населения земного шара и некоторые ограничения, накладываемые на работу признанных производителей, создают благоприятные возможности для роста производительности лесозаготовительных работ в естественных насаждениях.

Применение эффективных харвестеров при проведении лесоводственных требований к рубкам главного пользования обеспечивает экологическую и экономическую целесообразность ведения рубок различного назначения при заготовке сортиментов с одновременным упрощением технологического процесса лесосечных работ и снижением затрат на подготовительные работы.

Высокофорсированные двигатели с турбонаддувом и рециркуляцией выхлопных газов, гидростатическая трансмиссия, современные гидроманипуляторы, системы комплексного управления машиной, а также системы измерения и управления современными харвестерными головками - все это способствует высокой производительности харвестеров на лесосеках при условии выполнения заданных экологических требований.

Производительность машин для лесосечных работ зависит от большого числа факторов, которые можно свести в следующие основные группы: лесо-растительные и природные (средний объём хлыста, ликвидный запас леса на 1 га, породный состав насаждений, почвенно-грунтовые и рельефные условия и др.); назначение и конструктивные особенности машины (число и характер выполняемых операций); способ выполнения операций, надёжность машины и её технологического оборудования и др.; технологические (размер и конфигурация лесосек, совершенство схем разработки лесосек и др.); технологические параметры машин (мощность двигателя, скорость, ширина захвата, грузоподъёмность, маневренность и др.); совершенство технической и производственной эксплуатации машины (квалификация оператора, совершенство технологического оборудования, техническое состояние машины и др.). Существенное влияние на производительность машины оказывает ее технологическое оборудования.

Парк лесозаготовительных машин отечественного и импортного производства в России пополняется с каждым годом. Их технологическое оборудование весьма различается по основным техническим характеристикам. Зачастую ВСРМ не способны выполнять лесоводственные нормы и правила при проведении рубок главного пользования, принятых российским законодательством, в связи с тем, что нет рационального обоснования основных параметров технологического оборудования машин, для обеспечения необходимой досягаемости и грузоподъемности при разработке лесосек.

В связи с этим исследования направленные на обоснование основных параметров технологического оборудования машин для повышения эффективности работы при сортиментной заготовке древесины па сплошных рубках являются актуальными.

Цель работы. Повышение эффективности освоения лесосек при проведении сплошных рубок главного пользования с использованием машин для заготовки сортиментов путем обоснования параметров их технологического оборудования, обеспечивающих соответствие лесоводствепным требованиям.

Объект исследований. Технология лесосечных работ с применением различных технологических процессов и оборудования на харвестерах отечественного и импортного производства в условиях среднетаежных лесов Республики Коми.

Научная новизна. Разработаны математические модели, описывающие технологический процесс лесосечных работ при сплошных рубках многооперационными машинами для заготовки сортиментов с учетом обеспечения досягаемости деревьев при эффективной грузоподъемности манипуляторов, позволяющие обеспечить выполнение лесоводственных требований, а также проводить выбор оптимальных параметров технологического оборудования ВСРМ с целью повышения их производительности.

Научные положения выносимые на защиту.

1. Возможность получения статистических данных об объеме древостоя в условиях средней тайги с использованием программного обеспечения, установленного на ВСРМ.

2. Математическая модель лесного фонда как материального пространства с распределенным по его площади древостоем.

3. Математическая модель оптимальной формы рабочей зоны манипулятора харвестера на стоянке.

4. Перспективные технологические схемы разработки лесосек с применением сортиментных лесозаготовительных машин.

5. Регрессионная модель зависимости производительности ВСРМ от времени цикла валки и раскряжевки дерева, а также параметров предмета труда.

6. Математическая модель зависимости ширины разрабатываемой пасечной ленты от параметров установленного технологического оборудования (манипулятора и харвестерной головки).

Достоверность научных положений обеспечивается современными средствами научных исследований, базирующихся на положениях и методах математической статистики, а также результатами проведенных экспериментальных исследований в производственных условиях и подтвержденной адекватностью полученных моделей за счет хорошей сходимости экспериментальных и теоретических данных.

Значимость для теории и практики. Разработанные математические модели развивают теорию технологических процессов лесосечных работ, что вносит определенный вклад в науку о лесе, позволяют выбирать оптимальные параметры технологического оборудования многооперационных машин для сорти-ментной заготовки леса при проведении рубок главного пользования, с обеспечением соблюдения лесоводственных требований и повышения эффективности разработки лесосек.

Место проведения. Работа выполнена на кафедре технологии лесозаготовительных производств Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии и лесозаготовительных предприятиях Республики Коми.

Апробация работы. Результаты обсуждались на межрегиональных и республиканских научно-технических конференциях в Коми Республиканском научном центре Уральского отделения Российской Академии Наук, а также в Сыктывкарском Лесном Институте (филиал Санкт-Петербургской Лесотехнической Академии им. С.М. Кирова) 2003-2005 г.г.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в ОАО «Монди Бизнес Пейпа Сыктывкарский ЛПК».

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ. Основные положения диссертации отражены в научных отчетах кафедры «Технологии лесозаготовительных производств» СПб ГЛТА им. С.М. Кирова, а также кафедры «Машины и оборудование лесного комплекса» СЛИ (филиал СПб ГЛТА им. С.М. Кирова).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 171 страница и включает 56 иллюстраций, 39 таблицы, список литературы 177 наименований.

Заключение диссертации по теме «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», Сенькин, Виктор Александрович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Для оценки и прогнозирования изменений параметров древостоя все чаще используют технологии компьютерного моделирования и геоинформационых систем (ГИС) с помощью которых еще до начала разработки лесосеки можно показать вероятное воздействие рубок на ландшафты и облегчить принятие решения о способах и методах их проведения. Использование ГИС в лесном хозяйстве позволяет работать с источниками табличной и картографической информации для создания единой оперативно обновляемой базы данных лесного фонда. Применение цифровых таксационно-картографических материалов даёт возможность составлять запросы на подбор участков лесного фонда, проводить их анализ и проектировать лесохозяйственные мероприятия. Визуальное отображение отобранных участков на цифровой карте и распечатка её фрагментов в заданном масштабе значительно упрощает процесс формирования лесосечного фонда.

2. Разработанная математическая модель для описания лесного фонда с распределенным по его площади древостое^ позволяет адекватно описывать лесной фонд как материальное пространство с распределенным по его площади древостоем и моделировать конкретную лесосеку с указанием удельных запасов леса на определенном участке и общих (интегральных) удельных запасов на лесосеке. При однородных характеристиках древостоя оптимальной зоной работы харвестера, приводящей к максимальному объему лесозаготовок, будет круг или его часть.

3. Предложенные технологические схемы движения ВСРМ на лесосеке в условиях сплошных рубок позволяют более эффективно проводить лесосечные работы за счет увеличения ширины разрабатываемой пасечной ленты и уменьшения количества переездов харвестера.

4. Проведенные экспериментальные исследования позволяют сделать вывод о том, что совмещение выполнения отдельных технологических операций по

133

Тд-Х. зволяет сократить продолжителыюст¥"выиолнения на 20% , а расход топлива на 12%.

5. Разработанная математическая модель производительности процесса лесозаготовки сортиментными многооперационными машинами в условиях сплошных рубок позволяет обосновать технологическое оборудование ВСРМ с целью получения максимальной производительности.

6. Выбор технологического оборудования современных сортиментных многооперационных машин следует производить с учетом характеристики лесосеки и требуемой ширины пасечной ленты, а также с учетом лесоводственных требований но разработке лесосеки.

7. Анализ современных моделей технологического оборудования ВСРМ позволяет сделать вывод, что выполнение лесоводственных требований обеспечивается применением манипулятора вылетом 11,5 метров, однако выбор данного манипулятора не является оптимальным решением по производительности.

8. Применение манипулятора вылетом 9,7 метра обеспечивает максимальную производительность процесса лесозаготовки сортиментными многооперационными машинами в условиях сплошных рубок. Данный вылет является оптимальным, соответствующий минимуму расхода времени на разработку лесосеки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сенькин, Виктор Александрович, 2006 год

1. Азаренок В. А. Сортиментная заготовка леса / В. А. Азаренок, Э.Ф. Герц, А.В. Мехренцев. Екатеринбург: УГЛАЕ, 2000. - 132 с.

2. Александров В.А. Механизация лесосечных работ в России. СПб.: СПбЛТА, 2000.-286 с.

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

4. Алябьев В.И. Оптимизация производственных процессов на лесозаготовках. М: Лесная промышленность, 1977. - 232 с.

5. Ананьев В.А. Рекомендации по проведению рубок обновления и переформирования в водоохранных лесах Карелии. Петрозаводск: КНЦ РАН, 2003.-32 с.

6. Андреев В. 11.11адежность лесных машин и оборудования. Л.: ЛТА, 1991.-152 с.

7. Андреев В.Н., Герасимов IO.IO. Повышения качества и надежности мани-иуляторного технологического оборудования лесных машин. Петрозаводск: в 2 кн. ПетрГУ, 1995. - 270 с.

8. Андреев В.Н., IO.IO. Герасимов. Йоэнсуу: Принятия оптимальных решений: теория и применение в лесном комплексе. Издательство университета Йоэнсуу, 1999. - 200 с.

9. Андреев В.Н. Герасимов Ю.Ю. Применение оптимальных решений: теоWрия и применение в лесном комплексе. Йоэнсуу, 1990. - 200 с.

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

11. Лнучин Н.П. Лесная таксация. М.: Лесная промышленность, 1971. -512с.

12. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1983. - 248 с.

13. Ассоциация «Рослесмаш» организаций лесного машиностроения // http://www.roslesmash.org

14. Банди Б. Основы линейного программирования. М.: Радио и связь. 1989. -176 с.

15. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. -М.: Высшая школа, 1982. 228 с.

16. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. М .Наука. 1965. - 457 с.

17. Бит Ю.А. Технология лесозаготовок, транспорта леса и автоматизация производственных процессов. Л.: ЛТА, 1976.- 60 с.

18. Блохин В.Г., Глудкин О.П., Гуров А.И., и др. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов. Учебник. М.: Радио и связь, 1997.-203 с.

19. Бобкова К.С., Галенко Э.П. Биопродукционный процесс в лесных экосистемах Севера. СПб.: Наука, 2001. - 278 с.

20. Большаков Б.М. 11екоторые аспекты сортиментной технологии // Лесная промышленность. 1997. №1.-С. 16-18.

21. Боровиков В.П. Популярное введение в программу STATISTICA. М.: Компьютер пресс, 1998. - 267 с.

22. Бродский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента. М: Паука, 1976.-224 с.

23. Бронштейн И. Н, Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука ,1986. 544 с.

24. Бурков В.II., Горгидзе И.А., Ловецкий С.Е. Прикладные задачи теории графов. Тбилиси: Мецниереба, 1974. - 234 с.

25. Васильев С. Б., Ушаков Г. М. Технология лесозаготовительной промышленности и лесопильного производства. Термины и определения: Методические указания. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1996. 116 с.

26. Вентцель Е.С. Теория вероятностей и её инженерное применение. М.: Наука, 1988.-477 с.

27. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и её инженерные приложения. М.: Высш.шк, 2000. - 383 с.

28. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. -М. Наука, 1988.-208с.

29. Виленкин Н.Я. Индукция. Комбинаторика. М.: Просвещение, 1976. - 48 с.

30. Виногоров Г.К. Лесосечные работы. М.: ЛП, 1981. - 272 с.

31. Виноградов Г.К. Технология лесозаготовок. М.: ЛП, 1969. - 244 с.

32. Вознесенский В.Л. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. 2-е изд., нерераб. и доп. - М.: Финансы и статистика, 1981. - 263 с.

33. Волков А.Д., Громцев А.Н. Коренные леса северо запада таежной зоны России: природные особенности, современное состояние и проблемы сохранения. - Петрозаводск: 1997. - 34 с.

34. Воробьев В.Я. Елсуков А.Н. Теория и эксперимент. Мн.: Высш. шк., 1989.- 168 с.

35. Герасимов Ю.Ю., Кильпеляйнен С.А. .Давыдков С.А. Геоинформационные системы. Иоэнсуу, 2001. - 201 с.36