Содержание к диссертации
Введение
1. Обоснование трелевочно-транспортного совмещения перемещения сортиментов 9
1.1. Компоновочные и конструктивные особенности тракторных колесных сортиментоподборщиков 9
1.2. Условия эксплуатации трелевочных машин в зоне тайги 12
1.3.Влияние колесных движителей трелевочных машин на лесную среду и их проходимость .16
1.4 Эколого-лесоводственные последствия от воздействия трелевочных машин на лесную среду .17
1.5. Развитие научных основ производственной эксплуатации мобильных машин .22
1.6. Исследование эффективности применения способов и средств технологического обеспечения трелевки сортиментов 26
1.7. Основные направления повышения эффективности применения колесных машин на трелевке сортиментов 29
1.8 Выводы .30
1.9. Задачи исследований .31
2. Моделирование параметров тракторного колесного сортиментоподборщика .32
2.1.Классификация тракторных колесных сортиментоподборщиков 32
2.2. Задачи вероятностно-статистического анализа параметров тракторных колесных сортиментоподборщиков 34
2.3. Моделирование вероятностно-статистических характеристик параметров тракторных колесных сортиментоподборщиков .35
2.4. Моделирование регрессионных зависимостей, отражающих взаимовлияние параметров тракторных сортиментоподборщиков .45
2.5.Выводы 56
3. Моделирование трелевочно-транспортного процесса перемещения сортиментов тракторным сортиментоподборщиком 62
3.1. Программа исследования 62
3.2. Модель структурной схемы технологического цикла трелевки и транспортировки сортиментов колесным сортиментоподборщиком 62
3.3. Моделирование энерго-временных затрат на выполнение цикла трелевочно-транспортного процесса перемещения сортиментов 65
3.4. Рейсовая нагрузка тракторного колесного сортиментоподборщика 70
3.5. Модели затрат времен и эксплуатационной производительности цикла тракторного сортиментоподборщика на трелевке и транспортировке от выборочных рубок 72
3.5.1. Модели затрат времени .72
3.5.2. Модели эксплуатационной производительности цикла тракторного сортиментоподборщика .74
3.6. Выводы 76
4. Программа и методика экспериментальных исследований 77
4.1. Методика проведения экспериментальных исследований 77
4.1.1. Выбор природно-производственных условий эксперимента .78
4.1.2. Выбор объекта исследований 78
4.1.3. Оценка лесоводственных требований 78
4.2.Измеряемые параметры в процессе проведения экспериментов 79
4.3. Обработка экспериментальных данных и оценка точности измерений исследуемых величин 81
4.4. Выводы 82
5. Экспериментальные исследования эксплуатационных режимов работы сортиментоподбощика 83
5.1. Характеристика природно-производственных условий 83
5.2. Технологические особенности лесосечных работ 85
5.3 Выбор объекта исследований 85
5.4. Характеристика факторов влияния на эксплуатационные режимы работы сортиментаподборщика .87
5.5. Анализ энерго-временных затрат на выполнение технологического цикла 91
5.6. Анализ влияния основных факторов на эффективность трелевки сортиментов тракторным сортиментоподборщиком 95
4.10. Выводы 101
Основные выводы и рекомендации 103
Список использованных источников 104
Приложение 118
- Эколого-лесоводственные последствия от воздействия трелевочных машин на лесную среду
- Моделирование регрессионных зависимостей, отражающих взаимовлияние параметров тракторных сортиментоподборщиков
- Моделирование энерго-временных затрат на выполнение цикла трелевочно-транспортного процесса перемещения сортиментов
- Анализ влияния основных факторов на эффективность трелевки сортиментов тракторным сортиментоподборщиком
Эколого-лесоводственные последствия от воздействия трелевочных машин на лесную среду
Каждый вид рубки леса является экологическим стрессом для его среды. Однако сбор урожая в растительном мире жизненно необходимое явление для человечества. Трелевка древесины оказывает значительное влияние на сохранение лесной среды и время для восстановления ее средообразующих функций. В процессе трелевки происходит срыв почвенного покрова, уплотнение почвы, образование колеи. Создаются невидимые повреждения со сдавливанием и обрывом питающих корней. Повреждаются стволы оставляемых деревьев и не сохранятся подрост.
В результате наблюдается ухудшение санитарного состояния остающихся деревьев, снижение качества древесины и трудности естественного восстановления. Степень отрицательного воздействия зависит от выбранной технологии и технических средств ее реализации. Лесоводственные требования к технологическим процессам лесосечных работ [48] уделяют особое внимание минимизации негативных воздействий техническими средствами на лесную экосистему при трелевке древесины.
Выполнено значительное количество исследований по изучению эко-лого-лесоводственных последствий воздействия техники на лесную среду [3, 11, 16, 24, 51, 66, 90,, 66, 90, 97, 100, 111, 130, 137, 138, 139].
Около 55% всех повреждений от трелевки находится в комлевой части дерева, которая является наиболее опасным местом для развития гнили [16, 24, 29, 137 и др.]. Особенно стволовая гниль отмечается повреждением корней в пределах 0,3…1,0 м от комля. Опасность повреждения снижается пропорционально увеличению расстояния между деревом и колеей с одной стороны, и манипулятором с рабочим органом с другой стороны.
При уплотнении лесной почвы от проезда техники невидимо повреждаются питающие дерево корни. При плотности почвы 25…40 даН/см2 сосущие корни отмирают, а более толстые – загнивают [51, 66, 90,].
Основное влияние на изменение структуры почвы оказывает уплотнение, которое возникает под воздействием движителя машины. Оно зависит от механического состава и влажности почвы, давления на почву и количества проходов. Вследствие уплотнения почвы уменьшается в ней объем пор. В результате изменяется воздушно-водный режим почвы, вызывая этим снижение работы корней, что отрицательно сказывается на приросте деревьев хвойных пород [11]. Можно допустить, что вероятность повреждение почвы пропорционально увеличению давлению на нее со стороны движителя.
Рассматривая возникновение повреждений под воздействием отдельных факторов можно отметить:
- ель больше повреждается по сравнению с другими основными породами древостоев, так как имеет поверхностное залегание корневой системы;
- в вегетативный период по сравнению с зимним периодом, интенсивность повреждений возрастает в 1,3…4,0 раза. Наиболее неблагоприятным временем для повреждений является весна, когда начинается повышение сокодвижение [18];
- степень повреждений зависит от количества машин занятых на выполнение технологических процессов. С их увеличением повышается количество проходов, вызывая рост уровня повреждений;
- снижение риска повреждения древостоя зависит от принятой технологии заготовки леса. Заготовка деревьев или сортиментов имеет свои положительные и отрицательные стороны. Из-за больших размеров пачек трелевка деревьев приносит больше повреждений, чем трелевка сортиментов. Однако в первом случае вся масса дерева поступает на переработку. В тоже время, удаление ветвей отрицательно отражается на поступлениях питательных веществ в почву. Здесь требуется компромиссный подход [31];
- в настоящее время считается повреждение древостоев при рубках ухода можно сократить путем увеличения расстояния между волоками. Од нако надо учитывать, что при этом повышается интенсивность движения по волоку. Есть противоположный взгляд о необходимости сокращения рас стояния, что скажется благоприятно на снижение повреждаемости деревьев. Надо учитывать, что рассматриваемые факторы влияют не только на повреждаемость, но и на производительность машины. В связи с этим нельзя оценивать повреждаемость вне связи с производительностью.
Степень отрицательности воздействий напрямую зависит от почвенно-грунтовых условий (ПГУ) их применения. Имеется несколько классификаций почвенно-грунтовых условий, по которым трелюется древесина. В работе [29] Г.К. Виногоров классифицирует ПГУ по механическому составу и с позиции проходимости в течении года. Э.О. Салминен [78] рассматривает классификацию лесных ПГУ с учетом их опорной проходимости и повреждаемости под воздействием трелевочной системы. Классифицированию почвенно-грунтовых условий уделено внимание в работах [51, 66, 90, и др.]. Однако данные классификации представляют собой модификации классификации выполненной в работе [29].
Классификация Г.К. Виногоровым применена при типизации ПГУ лесозаготовительных районов страны [106]. Преобладающими почвенно-грунтовыми условиями таежной зоны Северо-Запада России являются поч-вогрунты 3 и 4 категорий, что составляет 61,3% лесной площади региона. Влажность этих ПГУ в течение года существенно изменяется от 50% предела текучести и выше. Глубина переувлажненного слоя достигает свыше 0,6 м.
Особенно сильное воздействие на лесные почво-грунты оказывают многократного проходы трелевочных машин. Изменяется микрорельеф лесосеки и растительные свойства почв. Площадь поранений при трелевке, по данным В.Ю. Савицкого [78] составляет от 10 до 75% площади лесосеки.
При трелевке нарушается гидрологический режим лесосеки. При избыточном увлажнении это приводит к заболачиванию вырубок и последующему необратимому снижению продуктивности древостоя [45]. Наиболее интенсивное уплотнение почвы наблюдается в колее при увеличении проходов машины, что приводит к снижению водопроницаемости почвы. С увеличением ее плотности в 1,5…2,0 раза водопроницаемость почв на пасечных волоках снижается в десятки и сотни раз.
Лесоводственные требования оценки воздействия от лесозаготовительной техники рекомендуется учитывать по нормальному давлению на опорную поверхность. В таблице 1.4 приведены допускаемые значения нормального давления на лесную почву при однократном проходе машины.
При использовании многооперационных машин почвенно-растительный покров практически весь разрушается, в результате подрост гибнет. В процессе трелевки поверхности почвы лесосеки минерализуются на 50…70%. Применение лесозаготовительной техники усиливает негативные процессы сохранности питательных веществ в почве путем ее уплотнения и разрушения. Для восстановления структуры почвы в зависимости от степени уплотнения потребуется до 18 лет. Для сильно уплотненных площадей, таких, как лесные дороги и склады, восстановление может длиться до 40 лет.
Существующие технологические схемы [29] предполагают многократное прохождение трелевочных машин по одному следу. Это приводит к значительному росту глубины колеи и уплотнению почвы на ее дне. А.В. Побе-динский установил допустимое число проходов тракторов на различных почвах [64]. По его данным на очень мокрых почвах возможно совершать не более 2-х или 3-х проходов, в условиях сырых почв – 18…24 и на ровных сухих участках 28…39.
В заключение следует отметить, что экологическая совместимость трелевочной машины может быть учтена по величине нормального давления на лесной почво-грунт, степени его уплотнения и изменения глубины колеи после прохода машины. При этом следует учитывать, что в условиях таежной зоны Северо-Запада России преобладают лесосеки со слабыми, водонасы-щенными почво-грунтами с несущей способностью около 50…70 кПа.
Современный взгляд на экологическую оптимизацию технологических процессов и машин для лесозаготовок изложен в монографиях профессоров И.В. Григорьева, Ю.Ю. Герасимова и В.С. Сюнева [37. 38, 40]. В монографии [37] дана методология оценки экологической эффективности трелевочного трактора, как компоненты вектора эффективности.
В работе [40] рассмотрены вопросы экологии лесных биосистем с технико-технологической точки зрения. Разработанные в монографии имитационные и оптимизационные модели с учетом экологических факторов дают возможность минимизировать негативное влияние проведения лесосечных работ на природно-производственную среду. В тоже время многоцелевой характер представленных оптимизационных задач в условиях неопределенности позволяет научно подойти к их решению и избежать грубых ошибок на этапе проектирования.
Моделирование регрессионных зависимостей, отражающих взаимовлияние параметров тракторных сортиментоподборщиков
Для повышения эффективности реализации эксплуатационных свойств ТКСП необходимо установить детальный анализ взаимосвязей между параметрами, отражающих данные свойства. Оценку связей между количественными переменными, которыми являются эксплуатационные параметры, выполним с помощью математических моделей разработанных с применением регрессионного анализа.
Регрессионный анализ дает возможность установить конкретные значения коэффициентов моделей, отражающих взаимосвязи между параметрами, а также определить показатели эффективности полученных моделей, то есть насколько точно они описывают имеющиеся данные.
Для установления характера изменения зависимостей они были представлены в системе координат точечным полем вокруг воображаемой наклонной линии. В большинстве случаев это была прямая линия. Учитывая данное положение, разработка моделей взаимовлияния параметров выполнена с использованием простых и множественных линейных регрессий, которые имеют следующий общий вид:
- простая линейная регрессия
Y = a + bX ;
- множественная линейная регрессия
Y = a + b1X1 + b2X2.
В данных уравнениях Y – зависимая переменная; Х, X1 и X2 – независимые переменные; a, b, b1, и b2 – коэффициенты уравнений.
В качестве показателей эффективности полученных моделей применялись следующие коэффициенты и уровни значимости:
- коэффициент корреляции r, определяющий тесноту связи и ее направленность;
- коэффициент детерминации R, показывающий, какая часть варьирования точек объясняется найденной линией регрессии;
- уровень значимости t-критерия для коэффициентов уравнения;
- уровень значимости F-критерия, оценивающего достоверность регрессионного уравнения.
Моделирование взаимовлияния параметров машин является основой совершенствования их эксплуатационных свойств и обеспечения выбора машин с рациональными параметрами применительно к конкретным условиям эксплуатации. Первостепенное место здесь отводится изучению взаимного влияния между главным и основными параметрами, а также важное место занимает изучение взаимовлияния на данные параметры вспомогательных параметров машин.
Особая роль отводится показателям уровня оценки эксплуатационных свойств с позиций грузоподъемности, затрат энергии и инвестиций. Выявление влияния на параметры, отражающие данные свойства, массы технического средства, определяющей его конструктивные свойства, дает возможность выявить рациональную область эксплуатационных свойств машины.
Для установления направлений совершенствования развития эксплуатационных свойств трелевочных машин необходимо выявить характер и степень взаимовлияния их параметров. Первостепенное значение отводится взаимовлиянию грузоподъемности, являющейся их главным параметром, и основными параметрами мощностью, массой и ценой машины.
Следует отметить, что параметр цена машины косвенно связан с ее эксплуатационными свойствами. Цена отражает интересы как производителей, так и потребителей машин, потому что производителю важно возместить затраты с определенной прибыльностью, а потребителю – получить экономическую выгоду от эксплуатации данного товара [40; 93].
Учитывая сказанное, цена машины отражает уровень ее эксплуатационных свойств, что является весьма важным для востребованности товара в рамках рыночных отношений. В связи с этим данный показатель был принят в качестве одного из основного параметров, определяющих эксплуатационные свойства ТКСП.
Также в результате анализа выборок значений параметров с помощью множественных линейных регрессий были установлены следующие модели параметров ТКСП, отражающих изменения объема трелюемых сортиментов, поперечной площади грузового отсека и цены сортиментоподборщика в зависимости от совместного влияния его мощности и массы (графическая интерпретация моделей QВ = f(Nе, МСП) и Ц$ = f(Nе, МСП) представлена на рисунке 2.11, а SГО = f(Nе, МСП) – на рисунке Б.6):
QВ = 1,99 + 0,124 Nе + 0,004MCП, (2.20)
SГО = 0,794 + 0,021 Nе +0,001 МСП, (2.21)
Ц$ = 7181,3 + 626,2 Nе +1,3 MCП. (2.22)
Разработанные математические модели (2.2)…(2.22) позволили установить характер и степень взаимовлияния наиболее воздействующих параметров на эксплуатационные свойства ТКСП. Графические реализации моделей, представленных на рисунках 2.8…2.10 и Б.1…Б.6, отлично отражают характер и степень данных взаимовлияний.
Графики показывают, что с увлечением грузоподъемности и массы ТКСП наблюдается рост параметров таких важных эксплуатационных свойств, как мощность, объем трелюемых сортиментов, габаритных размеров машины, а также ее цена. Иной характер влияния отмечается при увеличении массы сортиментоподборщика на удельные его показатели грузоподъемности, мощности и цены. Значения данных показателей понижается. Если
Зависимости: а – QC = f(Nе, МСП), и б – Ц$ = f(Nе, МСП)
При повышении массы машины в первом случае наблюдается более эффективное направление минимизации потенциальной мощности ТКСП и его рыночной цены. Во втором случае отмечается негативное направление использование массы машины (тары) с позиции снижения ее грузоподъемности. Это противоречит тенденции развития транспортных технических средств [44; 74; 89;].
Для оценивания характера и уровня степени воздействия, влияющих параметров, на переменные параметры воспользуемся значениями коэффициентов b простых линейных уравнений представляющих модели (2.2)… (2.19). В аналитической геометрии данный коэффициент именуется «угловым коэффициентом прямой» [35]. Значения коэффициента b приведены в таблице 2.5.
Коэффициент отражает величину изменения значений переменного параметра при воздействии на него влияющего параметра в размере одной единицы. Варьируя этой величиной при заданных начальных исходных данных параметра (значение коэффициента а уравнения) мы можем прогнозировать тенденцию совершенствования развития отдельных параметров эксплуатационных свойств ТКСП.
Значения показателей эффективности, полученных моделей, оценивающие насколько точно они описывают взаимное влияние, представлены в таблице 2.6. Значения коэффициентов корреляции r = 0,744…0,914 и r=-0,744…0,914 указывают на хорошую тесноту связи между переменными во всех моделях. При этом у большинства моделей отмечается положительная корреляция и у трех – отрицательная.
Моделирование энерго-временных затрат на выполнение цикла трелевочно-транспортного процесса перемещения сортиментов
Одним из основных показателей дающих возможность судить об эффективности выполнения технологического процесса является затраты времени и энергии. Они дают объективное представление о энерго-временных режимах исполнения технологического цикла с применением различных способов и средств.
Структуру данных затрат ресурсов технологического цикла трелевки и транспортировки сортиментов ТКСП хорошо отражает схема приведенная на рисунке 3.1. Для установления затрат времени и энергии цикла, фаз и стадий необходимо построение их математические моделей. Построение моделей целесообразно выполнять с помощью схемы (3.1), определяющей порядок поэлементного выполнения каждого уровня цикла.
В качестве исходной информации для разработки моделей затрат времени и энергии на выполнение трелевочно-транспортного цикла процесса перемещения сортиментов воспользуемся схемой порядка поэлементного выполнения каждого уровня цикла (выражение 3.1). Учитывая структуру данной схемы представим распределение потока затрат времени и энергии в течение выполнения технологического цикла, как отдельные зависимости от составляющих каждого уровня. Показатели, входящие в модели являются составляющими стохастического процесса. Следовательно их значения являются случайными величинами математического ожидания т( с диапазоном его изменения m(Xmin)…т(Хmax) и характерными отклонениями ох.
В результате анализа потоков распределения энерго-временных затрат на выполнение трелевочно-транспортного цикла перемещения сортиментов получены следующие модели: - изменения времени Т тп и энергии Э тп цикла технологического процесса в зависимости от времени и энергии затрачиваемых на выполнение рабочих фаз:
m(T%j) = m(n0c)m(Tg) + m(T%ml) + m(T%m2) + т(пфр)т(Т%р) (3.2)
т(Э?п) = т(пфс)т(Э1) + т(Э м) + т(Э т2) + т(пфр)т(Э%р) (з.З)
Здесь 1 Фс и Э\с, Фт1 и Фт1, 1 Фт2 и Фт2, 7% и Э% затраты времени и энергии соответственно на выполнение фаз сбора, трелевки, транспортировки и разгрузки. Для учета повторяемости циклов фаз сбора и разгрузки сортиментов введены соответствующие коэффициенты пфс и пфр.
- изменения времени J nT и энергии Э пт цикла в зависимости от времени и энергии затрачиваемых на выполнение стадий рабочих фаз цикла:
тС пт) = m(TCnxi) + т(ТСпх2) + m(nCc)[m(TCneP) + т(ТСпо?)] + т(ТСгхі) + + т(ТСгх2) + m(nCp)m(TCp); (3.4)
т( пт) = m(3cnXi) + т(Эспх2) + т(пСс) [т(ЭСпеР) + т(ЭСпог)] + т(3Сгхі) + + т(ЭСгх2) + т(пСр)т(Эср). (3.5)
В моделях (3.4) и (3,5) представлены затраты времени и энергии соответственно на выполнение стадий порожних ходов ТКСП по пасеке ТСть Эс„Х1 и дороге ТСпХ2 и ЭСпх2, на переезды ТКСП при сборе сортиментов ТСтр и ЭСтр и их погрузки TCnoz и Эспог, грузовых ходов машины при трелевке сортиментов Тсгхі и Эсгх! и при их транспортировки Тсгх2 и Эсгх2, разгрузки сортиментов и укладки их в штабель Тср и Эср. Для учета повторяемости циклов стадий сбора и разгрузки сортиментов введены соотв етствующие коэффициенты Пес и Пср.
- изменение времени Т пт и энергии Э пт цикла в зависимости от использования времени и энергии операций:
тЛт) = т(Г2мр) + т(Г2дд) + т(ҐdJ +т(ґ + т(ПСс)[т(Ґ"сс) + + т(Гос) + т(Г%0) + m(tm\j + т(Гфс) + т(Г„с) + т(Гю]]+ +т(Ґ +т(Ґдв) +т(Ґдд) +т(Ґмр) +m(nP)[m(f„c) +m(fns)]; (3.6)
т(УПТ) = т(э" 2мр) + т(э" 2дд) + т(э"" дв) +т(э"х д„) + т(пСс)[т(эт"сс) + т(эпогос) + т(эпогуо) + т(эпогн м) + т(эпогфс) + т(эпогпс) + т(эпогп о)] +
+т(эгх1д п) +т(эгх1д в) +т(эгх2дд) +т(эгх2мр) +т(пр)[т(эрпс) +т(эрпз)]. (3.7)
В моделях (3.6) и (3.7) представлены затраты времени и энергии соответственно на выполнение ТКСП маневров на месте разгрузки tпх2мр и эпх2мр, порожнего движения по дороге tпх2дд и пх2дд, волоку tпх1дв и эпх1дв и пасеке tпх1дп и эпх1дп, переездов при сборе сортиментов tперсс и эперс), остановки для погрузки сортиментов tпогос и эпогос), установки опор для устойчивости ТКСП tпогу о и эпогу о, наводки захвата манипулятора на сортименты tпогнм и эпогн м, формирования пачек сортиментов tпогфс и эпогфс, погрузки пачек сортиментов tпогпс и эпогпс, подъема опор tпогпои эпогпо, грузового движения ТКСП по пасеке tгх1д п и эгх1д п, волоку tгх1дв и эгх1дв, дороге tгх2дд и эгх2дд и при маневрах на месте разгрузки tгх2мр и эгх2мр, разгрузки сортиментов и укладки их в штабель tрпс и эрпс, перемещение захвата манипулятора со штабеля в грузовой отсек tрпз и эрпз.
- изменение времени ТЦФс и энергии ЭЦФс цикла фазы сбора сортиментов в зависимости от использования времени и энергии операций фазы:
т(ТЦФс) = т(пСс)[т(tперсс) + т(tпогос) + т(tпогуо) + т(tпогнм) + т(tпогф с) + + т(tпогпс) + т(tпогпо)]; (3.8)
т(ЭЦФс) = т(пСс)[т(эперсс) + т(эпогос) + т(эпогуо) + т(эпогн м) + т(эпогф с) + + т(эпогпс) + т(эпогпо)]. (3.9)
- изменение времени ТЦФт1 и энергии ЭЦФт1 цикла фазы трелевки сортиментов в зависимости от использования времени и энергии операций фазы:
т(ТЦФт1) = т(tпх1дв) +т(tпх1дп) + т(tгх1дп) + т(tгх1дв); (3.10)
т(ЭЦФт1) = т(эпх1дв) +т(эпх1дп) + т(эгх1дп) + т(эгх1дв). (3.11)
- изменение времени ТЦФт2 и энергии ЭЦФт2 цикла фазы транспортировки сортиментов в зависимости от использования времени и энергии операций фазы:
т(ТЦФт2) = т(tпх2мр) + т(tпх2дд) + т(tгх2дд) + т(tгх2мр); (3.12)
т(ЭЦФт2) = т(эпх2мр) + т(эпх2дд) + т(эгх2дд) + т(эгх2мр). (3.13)
- изменение времени ТЦФр и энергии ЭЦФр цикла фазы разгрузки сортиментов в зависимости от использования времени и энергии операций фазы:
т(ТЦФр) = т(пР)[т(tрпс) + т(tрпз)]; (3.14)
т(ЭЦФр) = т(пР)[т(эрпс) + т(эрпз)]. (3.15)
Полученные модели открывают возможность установить рациональность распределения энерго-временных потоков при выполнении трелевочно-транспортного технологического процесса.
Для повышения эффективности применения технологического процесса необходимо минимизировать все составляющие структуры его цикла. Для минимизации энерго-временных балансов, представленных моделями (3.2)…(3.7), требуется проанализировать влияние действующих факторов на затраты рассматриваемых ресурсов всех операций процесса.
Время и энергия являются невосполнимыми ресурсами. Необходимо иметь представление о качественном его использовании не только с позиций минимизации, но и с позиций полезности. Полезные затраты ресурсов расходуются непосредственно на перемещение древесины, то есть на выполнение рабочих операций. Модели полезного расхода времени ТПЦТП и энергии ЭПЦТП цикла и фаз ТПЦФс, ТПЦФт1, ТПЦФт2, ТПЦФр и ЭПЦФс, ЭПЦФт1, ЭПЦФт2, ЭПЦФр можно представить в следующем виде:
- изменение полезных затрат времени ТПЦТП и энергии ЭПЦТП технологического цикла трелевки и транспортировки сортиментов в зависимости от использования времени и энергии рабочих операций цикла:
т(ТПЦТП) = т(пСс)[т(tперсс) + т(tпогфс) + т(tпогпс)] + т(tгх1дп) + т(tгх1дв) + + т(tгх2дд) + т(tгх2мр) + т(пр)т(tрпс); (3.16)
т(ЭПЦТП) =т(пСс)[т(эперсс) + т(эпогфс) +т(эпогпс)] + т(эгх1дп) + т(эгх1дв) + + т(эгх2дд) + т(эгх2мр) + т(пр)т(эрпс). (3.17)
- изменение полезных затрат времени ТПЦФс и энергии ЭПЦФс цикла фазы сбора сортиментов в зависимости от использования времени и энергии рабочих операций фазы: m( 0c) = m(nCc)[m(tnepcc) + т(Ггфс) + т(Гпс)] ; (3.18)
т(ЭпцФс) = т(пСс)[т(эперсс) + т(эпогфс) + т(эпогпс)]. (3.19)
Анализ влияния основных факторов на эффективность трелевки сортиментов тракторным сортиментоподборщиком
Основное внимание при анализе уделено установлению характера и степени влияния действующих факторов на основные показатели, отражающих эффективность применения на узкопасечных выборочных рубках леса сортиментную трелевку выполняемую ТКСП. Данные экспериментальные исследования выполнены в рамках технологического цикла. Для всестороннего представления об эффективности трелевки использовался оценочный комплекс показателей, состоящий из цикловой производительности Пц, вре-мяемкости gu? и энергоемкости g , а также показателей использования времени Цщ, энергии г\цЭ. Особенностью данного комплекса является возможность выявить количественную скорость получение продукции, но и его затратную сторону в виде ресурсов.
Математические модели принятых показателей полностью охватывает всю совокупность влияющих факторов, отражающих технолого-технические, технико-экономические, эколого-лесоводственные и эргономические параметры и показатели воздействующие на ТП.
В качестве основных влияющих факторов использовались:
- объем трелюемого воза сортиментов Qe3, который можно трансформировать в вес;
- скоростные режимы движения при грузовом vp и холостом vx ходе;
- коэффициент дорожного сопротивления ці при движении КСП по во локу;
- длина волока, на котором совершается грузовой ход КСП р;
- коэффициент полезного использования веса машины є.
Характер и степень влияния действующих факторов на основные показатели эффективности использования технологии и применения на ее выполнение сортиментоподборщика представлены рисунками 5.3 …5.7. При этом зависимости представлены графиками, отражающих работу агрегата в течение технологического цикла.
Характер и степень влияния действующих факторов на основные показатели эффективности наиболее результативно представлено на графических Диапазоны изменения большинства параметров и факторов получены экспериментально. Исключение составили диапазоны коэффициентов сопротивления передвижению трелевочной системы , сопротивления передвижению трактора f и сопротивления волочению древесины fв. Для их определения требуется проведение специальных тяговых испытаний. Диапазоны изменения данных коэффициентов составлены на основе обработки информации, приведенной в работах [18, 22, 25, 31, 33, 56, 60, 61, 65, 87, 90, 92, 94, 127, 131, 133, 143, 145, 146, 147 и др.].
Значения влияющих факторов и оценочных показателей являются случайными величинами подчиняемыми нормальному закону распределения. Для получения представительного размаха диапазонов принята 95-процентный уровень значимости.
Графики зависимостей построены с помощью математических моделей. Основной массив исходных данных получен экспериментально. Для коэффициентов , f и fв эти данные смоделированы с помощью закона больших чисел на основе материалов ранее выполненных работ. При построении каждой из зависимостей влияющий фактор изменялся в заданном диапазоне. Остальные параметры и факторы модели принимали постоянные значения равные математическим ожиданиям. Расхождение теоретических и экспериментальных данных составляют 4,0…7,0 % по средним значениям и 9,0…14,0 % по максимальным. Это дает возможность убедительно судить о возможности прогнозирования эффективности использования технологий и применения для их реализации технических средств.
Как видно из графиков, приведенных на рисунках 5.3…5.7, зависимости имеют линейный или близкий к нему характер изменения. По зависимостям на рисунке 5.3 видно, что коэффициент использования времени цикла тц, отражающий полезные затраты времени, увеличивается при росте рабочего хода агрегата по волоку Вра, холостой скорости движения агрегата v4xa, коэффициента рабочего хода срчра и уменьшается при увеличении рабочей скорости движения агрегата ьчра и коэффициента холостого хода (рчха , затрат времени на технические кцт и технологические кцто остановки и на экологическое обеспечение кэц{ . Снижение использования времени цикла при росте рабочего скоростного режима объясняется более быстрым выполнением технологической операции.
На коэффициент использования энергии цикла цц (рисунок 5.4) положительно влияют коэффициенты рчра, сопротивления передвижению агрегата у/, полезного использования веса трактора є, рост рабочего хода агрегата по волоку Вра и объема трелюемой пачки Qnm. Увеличение данных показателей повышает полезную долю использования энергии. Отрицательное влияние на коэффициент щ оказывают коэффициенты (рцха, сопротивления передвижению трактора/, затрат энергии при остановках агрегата /чэ, затрат энергии на экологическое обеспечение кэцэ затрат энергии на выполнение рабочей операции лебедкой кчэрл, распределения нагрузки к.
Увеличение производительности Пц (рисунок 5.5) отмечается при повышении следующих показателей: объема трелюемой пачки Qna4, скоростных режимов v4pa и v\a , коэффициентов (рчра к, и у/. Отрицательное влияние на Пц оказывают длина рабочего хода агрегата по волоку Гра , коэффициенты (р\а ,/, к\, кчто кэцЬ кчрлЬ , коэффициент длины рабочего хода агрегата вне волока к\ и коэффициент сопротивления волочащей части пачки fe. Их рост снижает производительную работу агрегата.
Увеличение цикловой энергоемкости q43 (рисунок 5.6) при выполнении технологического процесса наблюдается в зависимости от увеличения фактора 1Вра и коэффициентов рчш,ці,/, к\р , кчэрл , /э и кэцэ , а благоприятное снижение - при росте объема пачки QUm и коэффициентов щ, рчра, є и щ.