Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 7
1.1 Общая характеристика лесного фонда Ленинградской области 7
1.2 Математические модели образующей хлыстов 12
1.3 Математические модели оптимального раскроя хлыстов 23
1.4 Анализ продукции лесозаготовительных предприятий 54
1.5 Выводы по разделу 56
2. Оборудование для раскряжевки хлыстов в условиях лесосеки 58
2.1 Бензиномоторные пилы 59
2.2 Многооперационные машины для заготовки сортиментов 61
2.2.1 Сучкорезно-раскряжевочное оборудование (процессоры) 62
2.2.2 Валочно-сучкорезно-раскряжевочные машины (харвестеры) 68
2.3 Выводы по разделу 76
3. Статистические закономерности формирования древостоя 77
3.1 Параметризация насаждений лесным хозяйством 77
3.2 Развитие древостоя во времени 82
3.3 Статистические закономерности формирования основных геометрических параметров состояния древостоя 89
3.3.1 Закономерное распределение деревьев по толщине 89
3.3.2 Закономерное изменение высоты деревьев в однородных насаждениях 98
3.4 Методика и аппаратура экспериментальных исследований 102
3.4.1 Объекты, приборное обеспечение и условия проведения экспе риментальных исследований 102
3.4.2Статистическая обработка экспериментальных данных 104
3.5 Формирование профиля хлыстов хвойных пород 106
3.6 Выводы по разделу 116
4. Математическая модель оптимального раскроя хлыстов 117
4.1 Анализ стоимости сортиментов на рынке 117
4.2 Линейное и нелинейное программирование 124
4.3 Линейное программирование на целочисленных решетках 127
4.4 Методика оптимального раскроя хлыста по текущей информации о его профиле в процессе раскряжевки 132
4.5 Выводы по разделу 136
Основные выводы 137
Список литературы 139
Приложение 1 152
- Математические модели оптимального раскроя хлыстов
- Сучкорезно-раскряжевочное оборудование (процессоры)
- Закономерное изменение высоты деревьев в однородных насаждениях
- Методика оптимального раскроя хлыста по текущей информации о его профиле в процессе раскряжевки
Введение к работе
Актуальность темы. Темпы роста экономики вызывают постоянно увеличивающийся спрос на древесное сырье высокого качества, который нельзя удовлетворить только увеличением объемов лесозаготовок. В тоже время, из-за нерационального использования круглого леса, возникает серьезная опасность истощения лесных ресурсов, особенно в районах Северо-Запада РФ.
Актуальность задачи рациональной переработки лесных ресурсов заключается, с одной стороны, в нехватке древесины и, с другой, во все возрастающей потребительской востребованности рыночной номенклатуры лесо-продукции в условиях сохранения нормальной экологической обстановки.
Экономия древесины возможна при условии правильного выполнения операций в процессе лесозаготовок, начиная от валки деревьев и заканчивая раскряжевкой хлыстов и выработкой мелких лесоматериалов. Основным требованием, предъявляемым к лесопользованию, является его неистощитель-ность, а в перспективе и обязательное способствование расширенному воспроизводству лесных ресурсов. В «Перечень критических технологий Российской Федерации» утвержденный Президентом РФ 30 марта 2002 г. Пр-578 включен пункт «Переработка и воспроизводство лесных ресурсов», а в «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники Российской Федерации» утвержденный Президентом РФ 30 марта 2002 г. Пр-577 включено направление «Экология и рациональное природопользование».
Среди мероприятий, направленных на эффективное использование древесины круглого леса в условиях рыночной экономики, одним из основных является оптимальный раскрой хлыстов.
Таким образом, решение задачи создания обоснованного метода оптимального раскроя хлыстов при раскряжевке, как основной операции технологического процесса, является актуальным и востребованным лесной промышленностью.
Цель работы. Совершенствование технологического процесса лесозаготовительного производства, путем выбора и обоснования эффективного метода оптимального раскроя хлыстов при раскряжевке.
Научная новизна. Разработана математическая модель оптимального раскроя хлыстов на основе методов линейного и нелинейного программирования. Получены статистические закономерности формирования древостоя сосны, включающие в себя функции распределения его геометрических параметров и образующую хлыстов для I, II, III, IV бонитетов древостоя. Разработана математическая модель для пошагового процесса оптимального раскроя хлыстов по текущей информации об их продольном профиле. Разработана методика оптимального раскроя хлыстов методом линейного программирования с использованием пространственной целочисленной решетки.
Научные положения выносимые на защиту
статистические закономерности формирования древостоя с позиции теории статистических инвариантов;
модель обобщенного геометрического представления профиля хлыста для I, II, III, IV бонитетов древостоев сосны;
математическая модель оптимального раскроя хлыстов методами линейного и нелинейного программирования с учетом динамически развивающегося рынка лесоматериалов;
методика пошагового процесса оптимального раскроя хлыстов по текущей информации об их профиле.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается аналитическим обобщением экспериментальных данных, обработанных методами математической статистики с применением ЭВМ на дискретном уровне надежности 0,95, корректностью принятых допущений при формулировании математической модели с позиции теории операций, статистических инвариантов и теории вероятности.
Практическая значимость работы. Разработан и апробирован метод оптимального раскроя хлыстов как одной из основных операций технологиче-
ского процесса лесозаготовительного производства применительно к условиям динамически развивающегося рынка лесоматериалов, позволяющий повысить процент выхода деловой древесины.
Теоретические, методологические и информационные основы исследования. Информационную базу исследования составили материалы научных работ специалистов, учебной и методологической литературы, материалы периодических изданий, сведения из сети Интернет.
Исследования проводились с использованием основных принципов теории операций, статистических инвариантов и теории вероятности.
Место проведения. Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени СМ. Кирова на кафедре Технологии лесозаготовительных производств.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях СПб ГЛТА им. СМ. Кирова в 2003-2007 гг.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 3 печатные работы. Основные положения диссертации отражены в научных отчетах кафедры Технологии лесозаготовительных производств СПб ГЛТА им. СМ. Кирова.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех
разделов, основных выводов, списка литературы и приложений. Общий объ
ем работы 160 стр. Диссертация содержит 39 рисунков, 12 таблиц, список ли
тературы содержит 132 источника. '
Математические модели оптимального раскроя хлыстов
Объем цилиндрической зоны одного бревна (цилиндрический объем бревна) равен объему цилиндра, площадь основания которого равна площади верхнего отреза, а длина цилиндра равна длине сортимента. По данным проф. Г. Д. Власова [19], выход пиломатериалов из цилиндрической зоны бревна в среднем составляет около 80%, а из зоны сбега - 20%. Если повысить цилиндрический объем пиловочных бревен на 4%, то выход обрезных пиломатериалов возрастет примерно на 3%. С увеличением цилиндрического объема фанерных кряжей возрастает выход и улучшается качество лущеного и строганного шпона. Для лесозаготовительного производства увеличение цилиндрического объема бревен также представляет существенный интерес. В этом случае возрастает табличный объем бревен. Прирост табличного объема вызывается увеличением верхнего диаметра бревна.
При раскряжевке древесных стволов, в зависимости от условий производства и потребления лесоматериалов, должны быть максимизированы те или иные критерии оптимальности, характеризующие технико-экономические показатели раскроя. Максимизация технико-экономических показателей раскроя стволов позволяет улучшить экономические результаты работы лесозаготовительных и лесообрабатывающих предприятий. Поэтому каждый ствол должен быть раскряжеван по оптимальной схеме.
Оптимальная схема раскроя ствола - это такая схема раскроя, которая в наибольшей мере удовлетворяет конкретным требованиям и условиям производства и потребления круглых лесоматериалов.
Поиску оптимальных схем раскроя посвящено много работ. Рассмотрим основные из них. Н. П. Анучин [3,4,5, 7] для нахождения максимального выхода цилиндрического объема сортиментов разработал метод поиска схемы раскроя хлыстов по разделочным таблицам. Расчет длины бревен по табличному способу проводится с учетом действительно сбега каждого хлыста: где / - расчетная длина вырезаемого бревна; Scp - средняя величина сбега бревна; 1ср - средняя длина бревна, определенная как средневзвешенная величина; Sd - действительный сбег бревна. Определение длин вырезаемых бревен по формуле (1.20) обеспечивает получение наибольшего цилиндрического объема лесоматериалов при соблюдении заданного значения 1ср. И. Т. Дворецким [34] разработана методика определения норм сбега Scp для бревен различной длины исходя из требования получения максимального выхода цилиндрического объема при условии выполнения заданного соотношения чисел бревен соответствующих размеров. Эти нормы в каждом конкретном случае должны устанавливаться на основании опытных раскряжевок. Качественную оценку зон хлыста предлагается осуществлять также по величине и характеру сбега. В основу алгоритма расчета схем раскроя им положена зависимость, предложенная Н. П. Анучиным (1.20). Алгоритм расчета длин бревен сформулирован в следующем виде: 1. Получение данных о диаметрах хлыста d через определенные расстояния по его длине. 2. Определение группы хлыста (первая группа: 4,=14-28 см, вторая группа: 4і=28,5-52см). 3. Проверка достаточности длины участка хлыста для вырезания бревна максимальной длины 1тах. 4. Определение действительного сбега , для бревна максимальной длины 1тах. 5. Проверка действительного сбега бревна Sd по средней величине сбега Scp для бревна максимальной длины lmax &- Scp 0. 6. Проверка действительного диаметра бревна в вершинном отрезе de по допустимому диаметру сортимента dm. 7. Проверка характера действительного сбега бревна & по сбегу, установленному для сортимента Sm для бревна максимальной длины 1тах. 8. Ответ - максимальная длина бревна 1тах. 9. Переход к расчету длины следующего бревна. В случае несоблюдения условий выполнения операций 3, 5 и 7 должен осуществляться переход к расчету бревна следующей за \тах меньшей длины и т. д. Создание устройства управления раскряжевочным агрегатом, работающего по приведенному алгоритму, технических трудностей не представляет. Недостатком предлагаемого метода является то, что для определения исходных данных, необходимых для работы устройства, рассчитывающего схемы раскроя, требуется периодически проводить опытные раскряжевки. Это связано, с изменением характеристик разрабатываем делянок и структуры сортиментных заданий. Кроме того, косвенный метод определения качественных зон хлыстов по величине и характеру сбега не может дать результатов, приемлемых для практического использования в системе оптимизации раскроя. Так, например, одной из основных качественных характеристик хлыста является протя 27 женность бессучковой зоны. Исследования же, проведенные В. А. Якубиц-ким [126], Л. В. Леоновым [58], М. А. Венценосцевой [16], Г. А. Степаковым [75], показали, что связь между длиной бессучковой зоны и размерами ствола выражена довольно слабо. Стволы, близкие по геометрическим параметрам, могут значительно отличаться по этому признаку, так как степень развития кроны зависит от целого ряда различных факторов. В работе Г. А. Вильке [18] также рассматривается получение максимального выхода цилиндрического объема, как один из возможных критериев оптимальности раскроя хлыстов. Для расчета длин бревен, образующих схему раскроя с учетом указанного критерия, предлагается формула: где de - фактический диаметр бревна в верхнем отрезе; dcp - средний диаметр бревен. Возможность реализации этой зависимости в системе управления раскряжевкой рассмотрена на примере схемной разработки аналогового управляющего устройства.
Г. Д. Власов [19] и Н. А. Батин [9] при максимизации выхода цилиндрического объема сортиментов использовали математическую модель древесных хлыстов в виде параболы 2-й степени. Ими разработан математический метод поиска схем раскряжевки хлыстов на 2, 3, ...п бревен с максимальным цилиндрическим объемом древесины. Ученые пришли к выводу, что раскрой деловой части ствола следует производить с одинаковой разницей между диаметрами нижнего D и верхнего d сечения сортиментов, при этом D/d должно быть 1,41.
Сучкорезно-раскряжевочное оборудование (процессоры)
Таким образом, сущность метода нахождения экстремума функции Vtl(ai) состоит в следующем. Вначале установленным порядком, имеющим черты динамического программирования, находят схему раскряжевки, близкую к оптимальной. Методом пробных изменений переменных по траекториям оптимального поиска полученную величину функции Vtl (а,) подводят к ее экстремуму с учетом ограничений по длине бревен. В конечном счете, устанавливается необходимая схема раскряжевки.
В работе В. С. Петровского [93] приводятся результаты расчета оптимальных схем раскроя, выполненного на ЭВМ вычислительного центра СО АН СССР для всех указанных критериев оптимальности.
При этом первый критерий оптимальности (получение максимума ценностного выхода древесины) не был реализован, так как экономико-математические модели сосновых стволов оказались в значительной степени условными.
Рассчитанные по остальным критериям оптимальности схемы раскроя сравнивались с результатами опытной раскряжевки, проведенной в Партизанском леспромхозе. Объем опытной раскряжевки составил 150 сосновых и 150 лиственничных хлыстов.
Оптимальные схемы раскроя дали увеличение выхода деловой древесины на 1,3% (0,4% - за счет сокращения отходов вершинной части и 0,9% - за счет уменьшение объема дровяных откомлевок с напенной гнилью). Выход пиловочных бревен при оптимизации раскряжевки увеличился на 4,6%, а выход цилиндрического объема - на 3,2%.
Однако разработанные алгоритмы имеют ряд недостатков и не решают в полной мере вопросы оптимизации раскроя сырья на лесозаготовительных предприятиях. Максимизация выхода одно какого-либо сортимента в большинстве случаев не решает вопроса выполнения сортиментного задания, которое дается лесозаготовительному предприятию. Эффективность применения алгоритма, оптимизирующего откомлевку напенной гнили, будет зависеть от степени пораженное древостоя гнилями этого вида и от того, насколько корреляционные зависимости вида (1.38) и (1.39) будут соответствовать действительности в различных условиях. Алгоритм, реализующий требование максимизации выхода цилиндрического объема круглых лесоматериалов, может оказаться целесообразным на предприятиях, вырабатывающих в основном пиловочник, причем в тех случаях, когда длина заготавливаемых бревен может изменяться в некотором диапазоне. Кроме того, максимизация выхода цилиндрического объема бревен без учета влияния на схему раскроя качественных характеристик хлыста может не дать желаемого экономического эффекта.
Разработкой системы управления процессом раскроя-раскряжевки также занимался Гипролестранс. Схемы раскроя, закладываемые в устройство программного управления раскряжевочным агрегатом Гипролестранса [74], составлены без какого-либо определенного алгоритма оптимизации. Из комлевой части хлыста, в зависимости от протяженности малосбежистой зоны, намечаются к получению длинные бревна в количестве 1-3 штук. Оставшийся отрезок хлыста распиливается на короткие бревна. Кроме основных программ имеется два вида дополнительных программ, предусматривающих двух и четырех метровую откомлевку части ствола пораженной гнилью. Всего при раскрое хлыстов, например, хвойных пород, используется 135 программ.
Разряд высот вводится оператором один раз на время раскряжевки однородной партии леса. Порода хлыста и признак качества вводятся также оператором при поступлении каждого хлыста. По качеству хлысты подразделяются на четыре группы: здоровые, с гнилью I степени, с гнилью II степени и некондиционные. Такой принцип автоматизации управления раскряжевкой довольно прост. Но, очевидно, он может иметь лишь ограниченной применение в силу того, что слабо отражает затронутые выше вопросы оптимизации раскроя хлыстов и практически предусматривает работу по постоянным программам, составленным без учета сортиментного плана и других изменяющихся условий.
В. А. Червинский [120] установил возможность применения графического метода В. А. Залгаллера [39] для составления оптимальных схем раскряжевки хлыстов при максимизации выхода цилиндрического объема сортиментов без учета качественных зон хлыстов. Согласно этому методу на миллиметровой бумаге по масштабу в относительных величинах вычерчивается образующая древесного хлыста исследуемой породы (рис 1.3).
На образующей берется точка М/ с произвольной абсциссой, и проводится через нее касательная и прямая, параллельная оси абсцисс, до пересечения с осью ординат. Через точку их пересечения А о проводится наклонная, параллельная касательной, до пересечения с вертикалью, проведенной из точки Mi. Через полученную точку Aj (пересечения вертикальной и наклон 45 ной прямых) проводится горизонтальная прямая до пересечения с образующей. Получают точку М2, из которого проводится вертикальная прямая до пересечения с наклонной, проведенной из точки А]. Далее построение повторяется. Последняя точка пересечения вертикальной и наклонной прямых A„.i должна попасть на ось абсцисс. Если точка Ап.\ оказалась ниже или выше оси абсцисс на величину к, то точку Mj необходимо передвинуть по образующей соответственно выше или ниже на величину А, вычисленную по формуле: где п - число сортиментов в хлысте.
Закономерное изменение высоты деревьев в однородных насаждениях
Данное оборудование применяется для валки, раскряжевки и обрезки сучьев на лесосеке, а на ЛПС оно используется в качестве вспомогательного оборудования для проведения вспомогательных работ, например, для обрезки крупных сучьев, и раскряжевки крупномерных хлыстов наряду со стационарными установками.
Бензиномоторные пилы относятся к группе ручных моторных инструментов, у которых главное рабочее движение осуществляется за счет работы двигателя, а вспомогательные движения и управление выполняются путем воздействия рабочего на инструмент вручную.
На лесозаготовительных предприятиях России в последние годы широко применяются как отечественные (МП-5 «Урал-2 Электрон», М-228, «Тайга-214 Электрон», «Тайга-245» и «Крона-202»), так и зарубежные («Хускварна» и «Партнер» - Швеция; «Штиль», «Андреас Штиль», «Клайнмоторен» - Германия; «Канадиен» - Канада; «Хоумляйт», «Орлике», «Мак-Келон», «Мал-Тул» - США; «Куорицу» - Япония и др.) бензиномоторные пилы [11]. При раскряжевке с использованием переносных моторных инструментов обычно применяется индивидуальный метод раскроя. Он заключается в визуальной оценке хлыстов, разметке их на сортименты. Разметка хлыстов производится с учетом требований ГОСТа, товарного выхода лесоматериалов, потребности в тех или иных сортиментах. Длину сортиментов размечают специальной мерной лентой - рулеткой, диаметр измеряется мерной скобой. Метки наносят мелом, легким топором или резцом.
Разметку и раскряжевку хлыста начинают с комля - наиболее ценной части хлыста. Длина хлыста определяет общий суммарный набор длин сортиментов, а порода, сбежистость и диаметр ствола, наличие пороков определяют целесообразность получения тех или иных сортиментов. Искривленные хлысты раскряжевывают на более короткие сортименты. Причем хлысты с разносторонней кривизной распиливают в местах резких перегибов. Если на комлевом торце имеется гниль, то последовательно отпиливают отрезки малой, но стандартной, длины до получения здоровой древесины, или пока гниль не окажется допустимых по ГОСТу размеров. Хлыст с внутренней стволовой гнилью желательно раскряжевывать так, чтобы пораженная часть ствола оказалась в одном отрезке. Хлыст с напенной гнилью раскряжевывают на отрезки, пригодные к использованию для выпиловки тарной дощечки и клепки, а с сильной сбежистостью - на короткие сортименты. При большой сучковатости стволов следует стремиться к тому, чтобы влияние сучков на качество сортиментов было, по возможности, меньшим. При раскряжевке пропил должен быть перпендикулярным оси хлыста. Сколы приводят к браку, снижению сортности.
В процессе раскряжевки важными показателями являются время затрачиваемое оператором на пропил и время на переход от одного пропила к другому. Время затрачиваемо на пропил находим расчетным путем исходя из скорости надвигания пильной шины для каждого диаметра находящегося в плоскости резания от 14 см до 60 см с градацией 2 см (табл. 2.1).
Время, затрачиваемое на переход от одного пропила к другому находим исходя из средней скорости человека 0,6 м/с. Поскольку длина выпиливаемых сортиментов всегда разная то удобней найти время, затрачиваемое на прохождения одного метра, которое составит 1,67с.
Многооперационные машины для заготовки сортиментов в условиях лесосеки используются с середины 70-х годов XX века. По конструкции технологическое оборудование этих машин состоит из различного набора функциональных специализированных (загрузочный, протаскивающий, сучкорезный, раскряжевочный, грузовой и др.) и комбинированных (захватно-сучкорезный, сучкорезно-протаскивающе-раскряжевочный и др.) модулей. Поэтому в зависимости от конструкции технологического оборудования процессоры и харвестеры подразделяются на одномодульные и многомодульные, а в зависимости от расположения и привода технологического оборудования - на самоходные и прицепные [30].
По типу пильного механизма выделяют харвестеры и процессоры с консольной цепной пилой, ножами силового резания и круглой пилой.
Наиболее широкое распространение получили цепные консольные пилы с гидравлическим приводом вращения ведущей звездочки и подачи пилы. Цепные консольные пилы обладают рядом преимуществ: имеют малую мае 62 су и размеры, позволяют срезать деревья практически любого диаметра, обеспечивают качественный срез. Пильные срезающие устройства состоят из механизма привода цепи (гидродвигатель, ведущая звездочка), пильной шины, механизма надвигания шины, системы смазки и автоматического натяжения цепи, цепеуловителя. Цепные консольные пилы работают по принципу срезания дерева на проход без подпила, то есть полного срезания дерева в одной плоскости.
Применение круглой пилы обеспечивает повышенную, по сравнению с цепными пилами, скорость резания, уменьшает возможность появления сколов на торцевых поверхностях сортиментов и снижает эксплуатационные затраты. Однако она более громоздка и преимущественно устанавливается на процессорах, работающих на погрузочных пунктах и лесных складах.
Значительно реже в качестве срезающего устройства применяются ножевые срезающие устройства. При этом ножевые устройства применяются в основном для заготовки так называемой «энергетической» древесины. Они обладают рядом достоинств: простота конструкции, надежность эксплуатации и быстрота резания. Однако основными недостатками ножевых срезающих устройств является их значительные размеры и масса, ограничение диаметра срезаемого дерева (около 60 см) и расслоение комлевой части древесины в зоне срезания, которое может распространяться на значительную длину по стволу, особенно это проявляется при резании мерзлой древесины.
Методика оптимального раскроя хлыста по текущей информации о его профиле в процессе раскряжевки
Конструктивной особенностью одномодульных харвестеров является комбинированный валочно-сучкорезно-раскряжевочный модуль, установленный на манипуляторе и оснащенный электронной системой контроля длины выпиливаемых сортиментов. Одномодульная компоновка харвестер-ного агрегата позволяет расширить возможности манипуляций со срезанным деревом, формируя пачки сортиментов, способствуя сохранению подроста, снижая вероятность повреждений коры растущих в зоне работы машины деревьев, исключить перехваты обрабатываемого дерева, а значит повысить производительность.
Двухмодульные харвестеры оснащаются валочным агрегатом, установленным на манипуляторе и сучкорезно-раскряжевочным устройством (процессорным агрегатом), смонтированным на раме самоходного шасси. Балочный агрегат выполняет спиливание и валку дерева с его последующим переносом в захватный и протаскивающий модули процессорного агрегата. Полученные сортименты укладываются в пачку у волока. Причем возможность поворота процессорного агрегата в горизонтальной плоскости позволяет формировать несколько пачек в пределах угла поворота (до 270), осуществляя предварительную сортировку лесоматериалов.
В настоящее время, харвестеры являются главным образом одномодуль-ными, двухмодульные харвестеры практически не выпускаются.
В связи с тем, что до начала 90-х годов отечественная лесная промышленность ориентировалась главным образом на хлыстовую технологию лесосечных работ, в стране не уделялось должного внимания созданию систем машин для сортиментной технологии. Одной из наиболее удачных разработок в области машин для сортиментной технологии явилась система «Софит». Она явилась результатом сотрудничества советских и финских машиностроителей. Система «Софит», помимо валочно-трелевочных машин, включала комплекс, состоящий из харвестера «Софит-Х» и форвардера «Софит-4Ф». Харвестер «Софит-Х» предназначен для проведения рубок главного пользования и рубок ухода. Его можно отнести к категории самоходных одномодульных харвестеров. Технологическое оборудование харвестера смонтировано на самоходном шасси ЭСВМ-7, которое представляет собой модернизированный трактор Т-150К с измененной длиной рамы и с арочными шинами низкого давления. Отмер длин сортиментов производится автоматически с помощью микропроцессорного устройства типа МД-2 [67].
ПО «Минский тракторный завод» и ЗАО «Национальный промышленный капитал» создали харвестер «МТЗ-абсолют» на базе колесного трактора с колесной формулой 6x6.
На базе вал очно-пакетирующей машины ЛП-19А Йошкар-Олинским машиностроительным заводом создана машина МЛ-20, предназначенная для заготовки сортиментов при рубках главного пользования в условиях средних и крупных лесонасаждений с преобладанием хвойных пород. Длины выпиливаемых сортиментов задает оператор, а система управления процессом раскроя-раскряжевки, включающая датчик предельного перемещения, обеспечивает последовательную раскряжевку хлыста на сортименты, при этом одновременно производится и обрезка сучьев [1].
Институтом ЦНИИМЭ разработан харвестер на базе ЛП-19А с применением финской харвестерной головки КЕТО-150 (ЛП-19К). Аналогичная работа ведется по машине МЛ-125 на базе валочно-пакетирующей машины ЛП-60 с головкой Вудкинг-650 [67].
В настоящее время основными фирмами, производящими такие лесозаготовительные комплексы для сортиментной технологии, являются скандинавские концерны «Раума» («Тимберджек»), «Партек Форест» («Валмет») и их филиалы в Северной й Южной Америке. Эти фирмы являются также основными поставщиками многооперационных машин для сортиментной заготовки леса лесопромышленным предприятиям России [125].
Для повышения эффективности эксплуатации харвестерного агрегата зарубежные харвестеры оснащены системой измерения и управления на базе персональных компьютеров. Эта безрелейная микропроцессорная система управления всеми функциями агрегата специально разработана для лесных многооперационных машин.
Информационную систему харвестера можно разделить на два блока: система управления трактором и система управления заготовкой древесины. Первая включает встроенные изготовителем компоненты для управления состоянием и функциями механизмов. В систему управления заготовкой древесины входят компоненты, которые делают машину звеном в цепи заготовки древесного сырья.
Машинный обмер древесины и развитие технологии передачи данных создали предпосылки для более плотного включения лесных тракторов в информационную систему лесосырьевого снабжения. Перед рубкой на компьютер харвестера можно передать точную карту делянки на основе ГИС, выполненную с учетом требований лесоторгового контракта. На карте обозначены границы делянки и место склада. Если на харвестере установлена система GPS, то по ходу рубки оператор может уточнять свое местонахождение с помощью картографической программы.
Блок управления раскряжевкой обеспечивает получение с делянки нужных сортиментов в необходимом соотношении, т.е. предприятия, занимающиеся механической переработкой, получат бревна требуемой длины и качества. Изготовители тракторов совместно с деревообрабатывающими предприятиями выработали собственный стандарт (Stand-ForD 1997) протокола обмена данными между трактором и офисом предприятия. Перед рубкой на харвестер кроме сведений о делянке посылается файл управления раскряжевкой (АРТ-файл). Различные предприятия по-разному контролируют соблюдение предписаний файла. В масштабе сектора заготовки предприятие может задать до 30 различных сортиментов. Если выбор сортиментов на делянках сектора поручить оператору, может произойти заготовка нежелательных сортиментов, так как АРТ-файл содержит информацию обо всех сортиментах заготовительного района предприятия. Стандарт Stand-ForD определяет содер 72 жание и структуру только надлежащего файла. Изготовители техники разрабатывают собственные программы и форматы документов для обработки этих файлов. Чтобы закупщикам древесного сырья не пришлось изучать приложения для управления раскряжевкой всех изготовителей техники, при их поддержке создано несколько универсальных приложений для работы с АРТ-файлами. Самыми известными являются программы SilviA шведской фирмы СС SoftWaren и Apteri, созданные на фирме Komatsu Forest.
Из данных измерений деревьев и хода их раскряжевки компьютер харве-стера создает файл продукции (PRD-файл), который является основанием акта обмера. Этот же файл используется для расчета затрат по подряду (рабочие измерения) и при оперативном управлении процессами лесозаготовки. По ходу рубки возможно формирование так называемого файла о стволах (STM-файл), который содержит подробные данные о каждом стволе (диаметр через 10 см, длина, верхний диаметр и объем каждого сортимента). STM-файлы применяются для тестирования точности указаний по разделке на си-муляторах.
