Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1. Обзор и анализ современного состояния лесопромышленного комплекса 10
1.2. Современные лесные машины и технологические процессы при проведении лесосечных работ 14
1.3. Анализ проведения сплошных рубок главного пользования многооперационными ВСРМ 25
1.4. Характеристика комплекта основного оборудования многооперационных машин при сортиментной заготовке древесины 33
1.5. Выводы. Цели и задачи исследования 40
2. Исследование предмета труда, продолжителы юс ти и энергозатрат при выполнении лесосечных работ многооперационными машинами 42
2.1. ГИС технологии в лесном хозяйстве 42
2.2. Теоретические исследования параметров предмета труда 46
2.3. Методика проведения измерений параметров предмета труда 50
2.4. Методика определения продолжительности и энергозатрат при выполнении технологических операций лесосечных работ 56
2.5. Выводы по разделу 62
3. Математическое моделирование технологического процесса разработки лесосек харвестерами 63
3.1. Геоинформационное моделирование лесосеки 63
3.2. Моделирование рабочей зоны харвестера 67
3.3. Анализ расчетных моделей лесосеки 77
3.4. Выводы по разделу 82
4. Экспериментальные исследования работы харвестеров 83
4.1 Планирование эксперимента для математического описания технологических процессов лесосечных работ 83
4.2. Статистическая оценка результатов экспериментов 92
4.3. Экспериментальное определение продолжительности и энергозатрат рабочего цикла харвестера 100
4.4. Определение производительности харвестера 107
4.5. Выводы по разделу 119
5. Рекомендации по внедренно результатов исследования на предприятиях леспромышлеппого комплекса 120
5.1. Рекомендации по выбору технологической схемы разработки лесосеки 120
5.2. Рекомендации по сокращению продолжительности цикла и расхода топлива при выполнении лесосечных работ харвестерамп 126
5.3. Рекомендации по выбору комплекта основного оборудования сортиментных многооперационных машин 129
5.4. Выводы по разделу 131
Основные выводы 132
Список литературы 134
Приложение 150
- Современные лесные машины и технологические процессы при проведении лесосечных работ
- Методика определения продолжительности и энергозатрат при выполнении технологических операций лесосечных работ
- Экспериментальное определение продолжительности и энергозатрат рабочего цикла харвестера
- Рекомендации по сокращению продолжительности цикла и расхода топлива при выполнении лесосечных работ харвестерамп
Введение к работе
Актуальності» 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 сортимснтной заготовке древесины на 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 лесоводственным требованиям.
Объект исследований. Технология лесосечных работ с применением различных технологических процессов и оборудования на харвестерах отечественного и импортного производства в условиях среднетасжных 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.
8 Научные положения выносимые на защиту.
Возможность получения статистических данных об объеме древостоя в условиях средней тайги с использованием программного обеспечения, установленного на ВСРМ.
Математическая модель лесного фонда как материального пространства с распределенным по его площади древостоем.
Математическая модель оптимальной формы рабочей зоны манипулятора харвестера на стоянке.
Перспективные технологические схемы разработки лесосек с применением сортиментных лесозаготовительных машин.
Регрессионная модель зависимости производительности ВСРМ от времени цикла валки и раскряжевки дерева, а также параметров предмета труда.
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. СМ. 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. СМ. Кирова, а также кафедры «Машины и оборудование лесного комплекса» СЛИ (филиал СПб ГЛТА им. СМ. 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.
Современные лесные машины и технологические процессы при проведении лесосечных работ
Производственный процесс современного лесозаготовительного предприятия является сложным, вследствие чего он подразделяется на три основные фазы: лесосечные работы, транспорт леса и, при использовании хлыстового метода заготовки древесины, нижнескладские работы. Технологические процессы лесосечных работ основаны на первичной транспортировке деревьев, хлыстов или сортиментов и отличаются применением различных систем машин [76]. Определяющими при выборе типа лесозаготовительных машин являются метод заготовки древесины (хлыстовой или сор-тиментный), природно-производственные условия (характеристика лесонасаждений, фунтовые условия, рельеф и др.). Также при выборе технологического процесса учитывается схема планировки будущей лесосеки (рис. 1.2.2). Лесосечные работы в зависимости от принятого технологического процесса могут в себя включать следующие операцию: валку деревьев; очистку деревьев от сучьев; трелевку леса; раскряжевку хлыстов; сортировку и штабелевку сортиментов; окорку хлыстов и сортиментов; дробление деревьев, хлыстов или сортиментов; отделение зелени от ветвей и дробление последних вместе с сучьями; погрузку леса на подвижной состав лесовозных дорог.
В мировой практике лесозаготовительного производства существует два направления создания и развития номенклатуры тракторов и машин. Первое характеризуется созданием относительно простых (одно- или двухоперацион ного действия) машин валочно-пакетирующего типа для заготовки деревьев и трелевки тракторами (рис. 1.2.1). Второе направление заключается в создании более сложных многооперационных ВСРМ для сортиментнои заготовки - харвестеров, а также погрузоч-но-транспортных машин для транспортировки сортиментов - форвардеров. Приоритет применения сортиментнои технологии принадлежит скандинавским странам, которая в настоящее время получила широкое распространение в Западной Европе, США, Канаде и Юго-Восточной Азии, а в последнее время доля сортиментнои технологии растет и в России (рис. 1.2.2). Похоже, не за горами создание техники третьего направления. Так, в соответствии с утверждением Джона Гарланда (John Garland), специалиста по технологии лесозаготовительных работ
Орегонского государственного университета (США), на лесосеках скоро будут использоваться роботизированные машины. В конце ХХ-го века в Швеции проводились испытания роботизированных комплексов, состоящих из двух машин (харвестер + форвардер), которые подтвердили, что в течение следующего десятилетия в эксплуатации появятся их новые модели, программируемые на рубки промежуточного пользования в соответствии с выбранным методом. Сортименты, произведенные с помощью этих харвестеров, будут доставляться к дороге программируемыми форвард ерами. В конце 90-х г.г. в России стала появляться сортиментная технология заготовки древесины на базе колесных лесных машин, которая становится все более популярной. Машины для сортиментной технологии все больше эксплуатируются на рубках главного пользования. В связи с эти с каждым годом наблюдается значительный рост парка машин, использующихся в лесной отрасли. До недавнего времени, в России такие машины не выпускались. В основном на отечественном рынке были представлены машины иностранных фирм: «JOHN DEERE» («TIMBERJACK»), «VALMET», «PONSSE». Сложившаяся в лесопромышленном комплексе ситуация требовала создание в короткие сроки комплекса лесных машин на колесной базе. Проблемой создания лесосечных машин для сортиментной технологии стали заниматься следующие производители тракторной техники: 1. ООО «Лестехком» (машина на базе ЛП-19, оснащенная иалочно-сучкорезно-раскряжевочной головкой собственной разработки МЛ-145 либо финским аналогом SP-650); 2. ОАО «Майкопский манипуляториый завод», производит манипуляторы для ногрузочно транспортных машин (форвардеров); 3. ОАО «Онежский тракторный завод», производит полевые испытания гусеничного сортиментовоза «Онежец - 130-01» (ТБ - 1МА-16) на базе трактора ТЛТ-100, предназначенного для сбора, погрузки и разгрузки сортиментов при перемещении их с лесосеки, а также выполнения операций сортировки по породам и длинам в процессе погрузки, разгрузки и складирования сортиментов; колесного сортиментовоза ШЛК 6-04 «Онежец - 754»; валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины ТЛК4-15, первый опытный образец которой проходит испытания в Братске. 4. ПО «Минский тракторный завод» - выпускает харвестер МЛХ-434, оснащенный шведским манипулятором «CRANAB» CRH12 и харвестерной головкой «MASKINER» SP551; форвардеры МЛПТ-364 и МЛ-121, оснащенные чешскими манипуляторами «LIV».
Методика определения продолжительности и энергозатрат при выполнении технологических операций лесосечных работ
В данном параграфе рассматривается методика хронометрирования и определения энергоемкости на осуществление комплекса последовательно выполняемых операций технологического процесса валки и раскряжевки дерева в условиях натурного эксперимента с использованием харвестера для сплошных и выборочных рубок марки «Timberjack 1270D». Энергоемкость процесса включает в себя такие показатели, как расход затраченной энергии и количества израсходованного топлива при изменении скорости их выполнения. Технологический процесс валки и раскряжевки дерева предлагается разложить на следующие операции: (1) Движение лесосечной машины — (2) Наведение харвестерной головки к стволу дерева — (3) Опускание харвестерной головки к шейке корня — (4) Захват дерева — (5) Пиление ствола дерева —»(6) Сталкивание дерева с пня — (7) Падение ствола с кроной — (8) Подъем ХГ со стволом и кроной на 1,7 м — (9) Транспортировка ХГ с деревом на середину волока — (10) Протяжка для откомлевки — (11) Откомлевка — (12) Транспортировка ХГ с деревом к месту раскряжевки —»(13) Опускание ХГ на 1 м к месту раскряжевки — (14) Протяжка и очистка ствола дерева от сучьев первого сортимента —» (15) Пиление первого сортимента —+ (16) Протяжка и очистка ствола дерева от сучьев второго сортимента — (17) Пиление второго сортимента —» (18) Сортировка — (19) Протяжка и очистка ствола дерева от сучьев третьего сортимента — (20) Пиление третьего сортимента — (21) Транспортировка ХГ с вершинной частью дерева и ветками на середину волока — (22) Протяжка вершины — (23) Пиление вершины — (24) Протяжка вершины —» (25) Пиление вершины — (26) Раскрытие ХГ — (27) Поднятие ХГ в начальное положение — (28) Подъем ХГ на 1 м. Последовательно рассмотрим следующие основные операции: 1.
Движение лесосечной машины Определим затраченную энергию, работу и мощность на выполнение операции, а также определим количество расходованного топлива при разной скорости выполнения операции. Принимая удельную теплоту сгорания дизельного топлива р = 42700000 Дж/кг и коэффициент полезного действия г) = 0,45, определим расход дизельного топлива на выполнение движения харвестера: Погрешность вычислений определим по формуле: 2. І Іаведение харвестерной головки к стволу дерева Расчет затрат энергии для подвода харвестерной головки к дереву сводится к определению энергии затрачиваемой на преодоление сил тяжести манипулятора и харвестерной головки. При наведении харвестерной головки на расстояние 6 м выполняются следующие операции манипулятора: поворот, вытягивание манипулятора на 5 м и вытягивание телескопа на 1 м. Зная давление жидкости внутри системы, а также характеристики гидравлических цилиндров, определим силу, необходимую на преодоление силы тяжести манипулятора и харвестерной головки. где F - сила, необходимая на преодоление силы тяжести манипулятора и харве-стерной головки, Н; Р- давление рабочей жидкости внутри цилиндрах, Па; S-площадь поршней цилиндров, м2. Зная силу, необходимую на преодоление силы тяжести манипулятора и харвестерной головки, а также ходы поршней цилиндров, определим работу и мощность. где L - ход поршня цилиндра, м; t - время затраченное на выполнение операции, сек. 3. Захват ствола дерева Расчет затрат энергии захвата харвестерной головкой дерева сводится к определению энергии затрачиваемой при захвате дерева четырьмя сучкорезными ножами и двумя вальцами. где Feepx тж ,FHUMr „ож, Рвалъц - сила прижима верхних сучкорезных ножей к дереву, нижних сучкорезных ножей и вальцов к дереву, 11; Seepx нож , Зітж Н0ЖІ 5еаіьї/ - площадь поршня за вычетом площади штоков цилиндров верхних сучкорезных ножей к дереву, нижних сучкорезных ножей и вальцов к дереву, м2. 4. Пиление ствола дерева Расчет энергии сииливания дерева сводится к определению мощности, потребной на пиление, Np (Вт), усилие резания Рр (Н) и усилие отжима Р0 (Н), которые определим по формулам: где к - удельная работа резания, Дж/м3; b - ширина пропила, м; Н - высота пропила, м; и - скорость подачи, м/с; 7} - КПД передачи от двигателя к пиле; v -скорость резания принимается 40 м/с; а0 - коэффициент соотношения усилий прижима и резания; /у1( - коэффициент трения пильной цепи по шине, //,, = 0,2. где LnMW шшш - длина пильной шины, м; ар - поправочный коэффициент на затупление зубьев пилы. Скорость подачи и: где 77І1Иі1 - производительность чистого пиления, /71И1 = 0,064 м /с; dcp - средний диаметр хлыста, м. Величина предельной работы резания; где к0 - основное значение предельной работы, Дж/м ; а„ - поправочный коэффициент на породу древесины, о„ - поправочный коэффициент на влажность; ар - поправочный коэффициент, учитывающий затупление зубьев пилы (время между заточками). Дополнительные поправочные коэффициенты; ат- на температуру, ас на сучковатость. Основное значение удельной работы резания ко (Дж/м ) при поперечном пилении цепной пилой обычно определяется: где uz - подача на зуб, м; / - шаг зубьев пилы, мм. Поправочный коэффициент ап, учитывающий породу древесины, следует принимать для ели 0,9...1,0. Поправочные коэффициенты, учитывающие влажность ан и затупление зубьев пилы а определяются по графику, обычно ат = 1,0 , ас = I. где w - абсолютная влажность древесины, %; Т0 - среднее время работы пилы после заточки, 0 Т0 4 ч. 5.
Протяжка для откомлевки Мощность протяжки где Р - рабочее давление масла в гидросистеме, МПа; Q - расход гидромасла в сстеме, л/мин. 6. Поднятие харвестерной головки в начальное положение ювки площадь поршня цилиндра подъема харвестерной головки, м\ Остальные 22 операции аналогичны 6 рассмотренным операциям и вычисляются подобным образом. Выполнен натурный эксперимент с замером 28 технологических операций по продолжительности и расходу топлива. Сводные таблицы результатов представлены в таблицах Приложения 7, а описание методики эксперимента дано в пункте 4.3 диссертации. 1. Сортиментная многооперационная машина (харвестер) позволяет механизировать все основные лесосечные операции: валку, очистку от сучьев, раскряжевку ствола дерева, частичную сортировку и укладку сортиментов в пачки. 2. Для оценки и прогнозирования изменений параметров древостоя все чаще используют технологии компьютерного моделирования и геоинформацио-ных 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. 3. Проведены теоретические исследования параметров предмета труда. За основу определения объемов хлыста использовалось уравнение серединного диаметра хлыста. 4. Для измерения параметров деревьев использовалось современное программное обеспечение, установленное на харвестере «Timberjack I270D». Это система измерения и контроля «Timbermatic 300», система программирования длин и диаметров сортиментов «SilviA», система мониторинга за техническим состоянием харвестера «TimberLink». Для измерения диаметров сортиментов использовался электронный калибр «John Deere Scaler II Calliper».
Экспериментальное определение продолжительности и энергозатрат рабочего цикла харвестера
В пункте 2.4 разработана методика определения продолжительности и энергозатрат при выполнении технологических операций лесосечных работ. С целью проверки основных положений данной Методики в июле 2004 г, был проведен натурный эксперимент на участке лесфонда ОАО «Монди Бизнес Пейпа Сыктывкарский ЛПК», расположенного на территории Помоздинского лесхоза Пожегодского лесничества в кварталах № 327 (рис. 4.3.1). При выполнении эксперимента проводились замеры затрат времени и расхода дизельного топлива при выполнения технологических операций при валке и раскряжевке деревьев харвестером «Timberjack 1270D». Продолжительность операций измерялась электронным секундомером с ценой деления 0,1 сек. Расстояние измерялось мерной лентой с ценой деления I мм. Диаметр деревьев измерялся электронным калибром «John Deere Scaler II Calliper» с ценой деления 1 мм. Высота деревьев определялась с использованием лесного высотомера. Скорость передвижения харвестера и расход топлива на выполнение основных операций определялись по показаниям системы тотального контроля машины «Total Machine Control» («ТМС»), установленной на бортовом компьютере ВСРМ.
Было сделано 50 замеров продолжительности выполнения 28 операций при трех разных скоростях настройки манипулятора (минимальная, средняя и максимальная) или всего 4200 замеров.
Кроме того, были выполнены замеры расхода топлива (по показаниям системы «ТМС») двигателя на холостых и рабочих оборотах, а также основных операций манипулятора и харвестерной головки: 1. Двигатель «DEERE 6081 HTJ02» на холостых оборотах - 1 г/сек. 2. Двигатель «DEERE 6081 HTJ02» на рабочих оборотах - 1,5 г/сек. 3. Вытягивание манипулятора - 2 г/сек. 4. Складывание манипулятора - 2,4 г/сек. 5. Подъем колонны манипулятора- 1,7 г/сек. 6. Опускание колонны манипулятора - 1,4 г/сек. 7. Поворот манипулятора - 1,9 г/сек. 8. Выдвигание телескопа- 1,7 г/сек. 9. Задвиганиетелескопа-2,1 г/сек. ] О.Поворот ротатора - 1,6 г/сек. 11 .Вращение вальцов (протяжка) - 3,4 г/сек. 12.Пиление - 8,2 г/сек. 13.Открыть-закрыть харвестерную головку-3,3 г/сек.
Лесосечный работы, входящие в производственный процесе, представляют из себя сложную систему, состоящую из множества взаимодействующих элементов и операций, таких как валка деревьев, очистка их от сучьев, раскряжевка, сортировка, пакетирование, транспортировка и так далее. Наиболее точно анализ лесосечных работ можно оценить построением математической модели с использованием теории графов. Данный анализ позволяет наглядно оценить продолжительность и последовательность выполнения технологических операций, оценить возможность совмещения операций, исключить их дублирование, а также рассмотреть возможности сокращения потерь времени и энергии при выполнении данных операций.
Представим технологический процесс валки дерева в виде сетевой модели (графа), состоящей из вершин и дуг, соединяющих соответствующие вершины графа. При этом вершины графа будут отображать операции, а дуги графа отображают связи между соответствующими операциями.
Пусть задана сеть из п + I вершины, то есть ориентированный граф, в котором выделены две вершины - вход (нулевая вершина) и выход (вершина с номером я). Длиной пути (контура) называется сумма длин входящих в него дуг (если длины дуг не заданы, то длина пути (контура) определяется как число входящих в него дуг). Задача заключается в поиске кратчайшего пути (пути минимальной длины) от входа до выхода сети 1.
Известно [24], что для существования кратчайшего пути необходимо и отсутствие в сети контуров отрицательной длины. Предположим, что в сети нет контуров. Тогда всегда можно пронумеровать вершины таким образом, что для любой дуги (/, J) имеет место у і. Такая нумерация называется правильной.
Легко показать, что в сети без контуров всегда существует правильная нумерация. Помечаем нулевую вершину индексом 10 = 0.
Пусть уже помечено некоторое множество вершин. Обозначим Q - множество непомеченных вершин, смежных с отмеченными. Для каждой вершины к IQ вычисляем величину хк min (Ik + Iki), где минимум берется по всем помеченным вершинам /, смежным с вершиной к. Помечаем вершину к, для которой величина хк минимальна, индексом Ik = хк. Подобную процедуру повторяем до тех пор, пока не будет помечена вершина п. Длина кратчайшего пути равна In, а сам кратчайший путь определяется так, как это было описано выше. Запишем задачу о кратчайшем пути как задачу линейного программирования (ЛП). Пусть xij = О, если дуга (/;_/) входит в путь 1 т, xij = 0, если дуга (/; j) не входит в путь т, i,j - 0,я . без контуров (но не в сети с контурами). Пусть все контуры имеют строго положительную длину, то есть нет контуров отрицательной и нулевой длины. Тогда решение задачи определяет путь кратчайшей длины.
Сформулируем задачу ЛП, двойственную задаче (4.4.1)-(4.4.3), поставив в соответствие ограничениям (4.4.2) двойственные переменные }.о и .„, а ограничениям (4.4.3) - двойственные переменные {?.,},/-!, и-1
Рекомендации по сокращению продолжительности цикла и расхода топлива при выполнении лесосечных работ харвестерамп
Для оптимизации продолжительности цикла и расхода топлива при выполнении технологических операций рекомендуется параллельное выполнение некоторых из операций. Те из них, которые возможно совмещать представлены в табл. 5.2.1. На основании теории графов построим граф времени выполнения операций при совмещении технологических операций. Процесс валки и раскряжевки дерева разделим на 4 этапа: 1. Цикл валки дерева: технологические операции 1-6. 2. Цикл подготовки дерева к раскряжевке на сортименты заданной длины: тех нологические операции 7-11. 3. Цикл раскряжевки дерева на сортименты заданной длины: технологические операции 12-20. 4. Цикл возврата харвестерной головки в исходное положение на середину во лока: технологические операции 20-28. На рис. 5.2.1 приведен граф времени при совмещении (2-3), (7-10), (12-14), (21-22) и (27-28) технологических операций. При этом время сокращается на 20,7%. На сегодняшний день существует различные марки технологическою оборудования («Cranab», «John Deere», «Ponsse», «Valmet» и др.), которые устанавливаются на лесозаготовительные машины отечественного и западного производства.
Оборудование отличается друг от друга основными техническими характеристиками (пункт 1.4). Комплект технологического оборудования лесосечных машин должен удовлетворять критерию груз о подъем н ости и ширины разработки пасечной ленты. Критерий грузоподъемности зависит от среднего объема хлыст на лесосеке. Ширина разрабатываемой пасечной ленты зависит от лесоводственных норм и правил, принятых на местном и федеральном законодательном уровне. На рис. 5.3.1 представлены графики зависимости грузоподъемности, с учетом веса харвестсрной головки, в зависимости от вылета манипулятора различных фирм производителей. Предлагается выбор технологического оборудования на примере Республики Коми. На рис. 5.3.1 представлен график выбора основного комплекта оборудования для ВСРМ «John Deere». Принимая средний объем хлыста в средней тайге (южные леса Республика Коми) Гх=0,18 м3, а массу дерева G=l 50 кг, определим критерий грузоподъемности: [G] 150 кг. При этом ширина пасечной ленты должна быть не менее 20 м. Анализируя график, делаем следующие выводы: Заданным критериям грузоподъемности и досягаемости деревьев при обеспечении соблюдения лесоводственных требований удовлетворяет манипулятор «TJ 210 HI 15», с установленной харвестерной головкой Н742 или П752. Аналогично можно произвести основание оборудования для других производителей. 1. Из рассмотренных в пункте 3.3. вариантов разработки лесосеки при сплошных рубках главного пользования наиболее рациональным является способ №1 схемы №2. Для данного способа разработки лесосеки рекомендуется использовать метод «Валка ствола с кроной на пасеку под углом 90 или 45», которая позволяет производить валку и обработку деревьев с большим объемом хлыста (0,3 м3 и выше). 2. Метод «Валка ствола с кроной на планируемый волок» предотвращается засорение пасеки порубочными остатками и отломленными вершинами деревьев, что в Республике Коми является необходимым условием разработки лесосек. С точки зрения времени выполнения цикла валки и обработки дерева данный метод отличается от предыдущего увеличением времени наведения ХГ на ствол дерева на 20 %. 3. Метод «Валка ствола с кроной через волок» идеально подходит для разработки лесосек с небольшим средним объемом хлыста, т.е. при преобладании баланса на лесосеке и при возможности не производить откомлевку, однако требует высокой квалификации оператора. При данном методе затраты времени сокращаются на 25-30 %. 4. При совмещении технологических операций в процессе валки и раскряжевки дерева продолжительность цикла сокращается примерно на 20%, а расход топлива снижается 12%. 5. Выбор технологического оборудование современных сортиментных многооперационных машин следует производить с учетом характеристики лесосеки и требуемой ширины пасечной ленты. Для обоснования выбора оборудования многооперационных машин при сортиментной заготовке древесины предлагается использовать графики зависимости грузоподъемности от вылета стрел манипуляторов и ХГ фирм производителей «МТЗ», «Онежский тракторный завод», «John Deere», «Ponsse», «Valmet», «Cranab».
Похожие диссертации на Обоснование параметров оборудования многооперационных машин при сортиментной заготовке древесины
