Введение к работе
Актуальность темы. Изменившиеся взаимоотношения в экономике страны
требуют пересмотра традиционных технологий для первичной обработки
древесного сырья, основой которых являются системы машин ШС и 2НС.
Воспроизводство устаревшего оборудования с поперечной подачей
индивидуального изготовления на сегодняшний день дорого, серийно
выпускаемая линия с продольной подачей также не устраивает ни мелкого,
ни крупного производителя как по цене, так и по производительности.
Большой разрыв в производительностях между линиями с продольной и
поперечной подачей хлыстов является сдерживающим фактором при
проектировании новых производств. Отсутствие унификации и агрегатно-
блочного принципа компоновки технологических схем не позволяет создать
унифицированные ряды оборудования для первичной обработки древесного
сырья. Компоновка поточных линий отдельными агрегатами от разных
поточных линий, прошедшими проверку в производственных условиях, ведет
к нарушению программных связей (кинематической несогласованности)
между агрегатами, что сказывается на ритмичности технологических
потоков и ведет к снижению производительности. _
Исследования размерно - качественных характеристик предмета труда
(хлыстов), параметров деревьев и хлыстов как объекта лесозаготовительного
производства, анализ нижнескладских операций и методы моделирования
технологических процессов, теоретические разработки по
автоматизированной оптимальной раскряжевке хлыстов - опередили развитие исполнительных технологий и оборудования. Отставание в развитии исполнительных технологий не позволяет реализовать основные, принципы ресурсосбережения, повышения качества, выхода деловой древесины и удовлетворить потребности в оборудовании мелких и крупных производителей.
Проведение эффективных научных исследований по совершенствованию исполнительных технологий и оборудования не мыслимо без моделирования технологических процессов с использованием ЭВМ, которые позволяют решать многоуровневые и многокритериальные задачи с эффективным использованием имеющихся научных разработок по параметрам предмета труда (хлыстов), тем более что стоимость таких исследований в 10 - 15 раз ниже стоимости натурных и статистических исследований. Совершенствование теоретической базы для моделирования, анализа, синтеза и использование ЭВМ - необходимое условие для реализации существующих принципов ресурсосбережения и совершенствования исполнительных технологий и оборудования. Существующие теоретические основы для проведения многоуровневого и многокритериального анализа требуют разработки гаммы исполнительных технологий и оборудования для первичной обработки древесного сырья на единой теоретической основе
моделирования, анализа и синтеза, что даст возможность создать САПР исполнительных технологий и оборудования с требуемым уровнем технической оснащенности, отвечающих требованиям ресурсосбережения, качества продукции с учетом региональных особенностей сырьевой базы и характера производств.
Цель и задачи исследований. Целью работы является создание основ моделирования, структурного анализа и синтеза поточных линий для первичной обработки древесного сырья. В целом необходимо решить проблему, заключающуюся в разработке теоретической базы для моделирования, анализа существующих и синтеза перспективных технологий с расширенными функциональными возможностями, отвечающих принципам ресурсосбережения, однотипности оборудования и возможности агрегатно-блочного принципа развития технологических исполнительных схем. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд следующих задач: 1 .Разработать теоретически обоснованные динамические модели предмета труда (хлыстов), отображающие с достаточной степенью точности реальный процесс взаимодействия с исполнительным оборудованием при выполнении технологических операций. Осуществить экспериментальную проверку. 2.Провести теоретические исследования процесса взаимодействия хлыстов с пильными агрегатами поточных линий в процессе раскряжевки с целью определения применимости существующих компоновочных схем в синтезируемых структурах.
3.Провести структурный анализ существующих поточных линий и оригинального оборудования с целью определения предпочтительных принципов выполнения технологических операций.
4.Разработать формализованный принцип синтеза поточных линий для первичной обработки хлыстов с уровнем технической оснащенности технологического процесса, позволяющим получать круглые лесоматериалы с заданными размерно - качественными характеристиками. 5.Провести моделирование некоторых синтезированных технологических структур с целью выявления их функциональных возможностей: увеличение выхода деловой древесины и повышение сортности круглых лесоматериалов на многопильных раскряжевочных установках; организация сортировки на многопильных установках при удалении сортиментов из зоны раскроя.
Методы исследований. Вышеуказанная направленность работы реализуется на базе системного подхода с решением частных вопросов при помощи методов интегрального и дифференциального исчисления с использованием основных понятий теоретической механики, теории колебаний, сопротивления материалов, статистической математики, математической логики и матричного преобразования координат.
Научная новизна. В работе предложена модель хлыста, представляющая собой динамическую подсистему, активно взаимодействующую с механизмами и агрегатами, работающими с одиночными хлыстами и длинномерным древесным сырьем, которое представляет собой упругую подсистему с неравномерно распределенными параметрами.
Разработан метод структурного описания технологических потоков на основе метода матричного преобразования координат, который позволяет представлять технологические структуры для первичной обработки древесины в графическом виде, в развернутой и сокращенной матричной записях.
Предложены математический и графоаналитический методы
моделирования технологического процесса на основе структурных формул, который позволяет исследовать технологические структуры в режиме реального времени с внешними и внутренними стохастическими воздействиями на любой стадии протекания процесса.
В работе предложен метод формализованного синтеза технологических
структур с созданием обобщающей модели с расширенными
функциональными возможностями.
Создан метод компоновки поточных линий с переходом от одно пильных
к многопильным структурам для поперечного раскроя древесного сырья
методом наслоения пильных агрегатов, позволяющий осуществить агрегатно - блочный принцип компоновки технологического оборудования.
Теоретическое значение. Предлагаемые теоретические разработки развивают научное направление по совершенствованию ресурсосберегающих исполнительных технологий для первичной обработки древесины, создают теоретические предпосылки для реализации агрегатно - блочного принципа компоновки технологического оборудования для первігчной обработки древесного сырья. Развивают теоретические основы для проведения многоуровневого и многокритериапьного анализа технологических структур.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и
рекомендаций подтверждается материалами экспериментальных
исследований в производственных условиях, результатами имитационного и графического моделирования со статистической обработкой, совпадением результатов исследований с результатами, полученными другими авторами. Теоретические зависимости выведены с учетом физической сущности явлений, сопровождающих взаимодействие исполнительного оборудования с предметом труда первичной обработки
древесины. Экспериментальные исследования выполнены с применением современной тензометрической аппаратуры и приборов, прошедших поверку в центральной метрологической лаборатории г.Красноярска. Расчеты выполнены с применением современных средств вычислительной техники.
Практическое значение и реализация работы. В процессе выполнения
работы внедрено в производство изобретение по беззажимному пилению в процессе раскроя на слешерной линии СТИ-3 в Чернореченском ЛПХ. При проектировании сучкорезной машины с гусеничным протаскивающим устройством КФ ВНИИСДМ учтены рекомендации по методам уменьшения динамических нагрузок на ведущих валах привода гусениц, синхронизации движения верхней и нижней гусениц и конструктивному исполнению ГПУ с учетом настройки гусениц на более экономичный и менее нагруженный в динамическом отношении режим движения гусениц.
Рекомендации по расчетным динамическим схемам хлыстов используются при проектировании челюстных погрузчиков на заводе Краслесмаш.
Разработанные автором теоретические основы моделирования хлыстов, а также методы моделирования технологических операций и технологических структур используются в учебном процессе кафедры "Технология и оборудование лесозаготовок" СибГТУ при дипломном проектировании.
Структурное представление технологического процесса, отображающее
технологические операции в виде матричных преобразований векторов,
позволяет представить переместительные операции в явном виде, что дает
возможность осуществить моделирование технологических операций с
различными стохастическими воздействиями без дорогостоящих
статистических исследований с сокращением сроков исследований в 10 - 15 раз. Моделирование, анализ и синтез технологических структур осуществляется на единой теоретической основе, позволяющей проводить исследования с реализацией на ЭВМ по замкнутой схеме - моделирование-анализ - синтез - моделирование, что способствует сокращению затрат и сроков проектирования и позволяет поэтапно повышать точность расчетов.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на ежегодных научно - технических конференциях "Проблемы хнмико - лесного комлекса" за 1973 - 1999г.г., СибГТУ, г.Красноярск; на пятой научно - технической конференции аспирантов и молодых специалистов лесной промышленности за 1975 г.ДДНИИМЭ, г.Химки; на краевых научно - практических конференциях за 1978, 1986, 1988, 1994 г.г., г.Красноярск. На Всесоюзной научно - практической конференции "Пути повышения выхода деловой древесины в лесной отрасли", 1993 г.,г.Красноярск.
На защиту выносятся следующие положения: 1 .Обоснование модели хлыста как упругой подсистемы с распределенными параметрами, активно взаимодействующей с рабочим оборудованием раскряжевочных установок.
2.0боснование метода структурного и графического представления технологических потоков и оборудования для первичной обработки древесного сырья.
3.Теоретические разработки по моделированию технологических процессов первичной обработки древесины на стадии поперечного раскроя. 4.Теоретически обоснованный метод структурного анализа и синтеза поточных линий.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 31 работа, в том числе 29 научных, 2 авторских свидетельства, одно учебное пособие.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 9 глав, заключения, списка использованных литературных источников (208 наименований) и приложений. Содержание изложено на 345 стр., в том числе 44 таблицы, 82 рисунка.
