Содержание к диссертации
Введение
2. Состояние вопроса, задачи и методы исследования
2.1. Актуальность темы исследования 10
2.2. Развитие и современное состояние техники и технологии раскряжевки хлыстов многопильными установками (РМУ) II
2.3. Перспективы применения РМУ 2.4. Обзор научно-исследовательских работ по теме диссертации 22
2.5. Задачи и методы исследования 31
3. Классификация и анализ факторов, определяющих эффективность поперечной подачи хлыстов на РМУ 36
3.1. Отбор и классификация факторов, определящих
эффективность поперечной подачи хлыстов
на РМУ 36
3.2. Анализ состава и последовательности выполняемых операций поперечной подачи хлыстов на РМГ 43
3.3. Анализ факторов, влияющих на операции попеюечной попачи хлыстов на РМУ
3.4. Анализ внешних воздействий на процесс поперечной подачи хлыстов на РМУ 52
4. Разработка математических моделей поперечной помчи хлыстов на РМУ
4.1. Обобщенная модель поперечной подачи хлыстов на РМУ 58
4.2. Определение методов поиска оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов наРМУ 64
4.3. Аналитические модели поперечной подачи хлыстов на РМУ 77
4.4. Представление поперечной подачи хлыстов на РМУ системой сопряженных агрегатов 88
4.5. Разработка имитационной модели поперечной подачи хлыстов на РМУ 103
5. Эксжриментмьное исследование поперечной подачи хлыстов на РМУ 129
5.1. Задачи и объекты экспериментального исследования поперечной подачи хлыстов на РМУ.,. 129
5.2. Методика экспериментального определения параметров поперечной подачи хлыстов на РМУ 132
5.3. Экспериментальное исследование поперечной подачи хлыстов на слешер поточной линии СТИ-3 Болыпемуртинского ЛПХ Красноярсклеспрома 137
5.4. Экспериментальное исследование поперечной подачи хлыстов на слешер поточной линии ЛО-65 Ищрминского опытного ЛПХ ЩИИМЭ. 149
6. Решение практических задач разработки технолггических режимов поперечной подачи хлыстов на рму по математическим моделям 155
6.1. Постановка и порядок решения задач разработки технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ 7 155
6.2. Разработка технологических режимов поперечной подачи хлыстов на слешер при поштучной раскряжевке (на примере потоков СТИ-3 и СЛ-47 162
6.3. Разработка технологических режимов поперечной подачи хлыстов на слешер при групповой раскряжевке (на примере потока ЛО-б5) 170
7.1. Внедрение оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ 179
7.2. Методика оценки экономической эффективности внедрения оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов на ИЛУ 181
7.3. Экономическая эффективность внедрения оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов в потоках СТИ-3 и СЛ-4 185
7.4. Экономическая эффективность внедрения оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов в потоке ЛО-65
Заключение 191
Список использованной литературы
- Перспективы применения РМУ 2.4. Обзор научно-исследовательских работ по теме диссертации
- Анализ состава и последовательности выполняемых операций поперечной подачи хлыстов на РМГ
- Представление поперечной подачи хлыстов на РМУ системой сопряженных агрегатов
- Экспериментальное исследование поперечной подачи хлыстов на слешер поточной линии СТИ-3 Болыпемуртинского ЛПХ Красноярсклеспрома
Перспективы применения РМУ 2.4. Обзор научно-исследовательских работ по теме диссертации
В лесной промышленности Канады и США высокопроизводительные раскряжевочные многопильные установки (РМУ) получили широкое распространение. Они используются для разделки долготья и раскря жевки хлыстов. Например, компания выпус кает триммеры, а канадская фирма ЬиьФС - слешеры СС-2000 производительностью свыше 800 м в смену $] .
В СССР РМУ впервые нашли применение для разделки балансов и долготья (слешеры Д-107, Д-172, триммеры ТАРС, "Комета"). Выработка на них достигает 1000 м в смену. Использование РМУ для раскряжевки хлыстов долгое время сдерживалось рядом причин, главные из которых: большой диапазон размерных и качественных характеристик деревьев и хлыстов, затрудяюпщй их обработку; пониженный по сравнению с однопильными установками йход деловой древесины на слешерах; сложность конструкции триммеров.
Первая РМУ для раскряжевки хлыстов АРХ-I была создана в I960 г. в ЦНИИМЭ под руководством Д.К.Воеводы и А.П.Лося. Это 4-пилышй слешер, смонтированный на специальном понтоне, оборудованном поперечным цепным транспортером для подъема хлыстов с воды и надвигания на пилы. Сортименты 6-метровой длины сбрасывались на воду и поступали на сортировку. Производительность АРХ-I достигала 385 м в смену. Однако вследствие низкого выхода деловой древесины при существующих тогда условиях эта установка не получила распространения.
В I96I г. начала работать РМУ АІШ-Ш - триммер с пилением неподвижного хлыста конструкции СевНИИП, а к 1970 г. - подобные установки АМ-1, АМ-2, АМ-3 (СНШШ1) и МР-8 (ЦНИИМЭ). На такой установке хлыст поступает в приемный лоток, зажимается, раскряжевывается по выбранной схеме, а затем сбрасывается на сортировочный транспортер. Подача хлыста на раскряжевку осуществляется продольными (АМ-3), поперечными (AM-I, МР-8), а также комбинированно-продольным, а затем поперечным транспортерами (АПЯ-Ш).
В 1964 г. начал эксплуатироваться слешер СТИ-1 конструкции СибТИ с комбинированной подачей хлыстов.
Эти данные показывают, что производительность ВЛУ не превышала достигнутую однопильными типа ЇЇЛХ. Главная причина - очень низкий коэффициент использования, в основном как следствие неудачной технологии: компоновки и параметров механизмов обрезки сучьев, подачи хлыстов на раскряжевку и сортировки полученных сортиментов. Циклы поштучной обрезки сучьев и подачи хлыстов значительно превышали цикл раскряжевки. Например, для поточной линии с АІШ-Ш среднее время поштучной подачи равнялось 30-35 с, а среднее время раскряжевки - 12-15 с. Подача хлыстов осуществлялась поштучно манипуляторами (СТИ-1, АМ-2, М-3), кран-баякой (АІШ-Ш) и растаскивателем РХ-2 (АМ-I).
По результатам испытаний были сделаны выводы о нецелесообразности продольной подачи хлыстов к РМ7, о необходимости создания высокоцроизводительных технических средств обрезки сучьев, разделения пачек хлыстов и подачи хлыстов к РМУ.
Опыт работы РМУ использовался при реконструкции действувдих и разработке новых раскряжевочных поточных линий. Начали применяться бункерные установки о малым циклом обработки хлыста - для групповой очистки деревьев от сучьев и частичного разделения хлыстов МОГ (I97I г.), для разделения пачек хлыстов и поштучной выдачи -ЛТХ-80 (1973 г.).
За последние годы объем лесозаготовок в многолесных районах страны - в Сибири и на Дальнем Востоке увеличился. Встал вопрос об оснащении нижних складов и бирж сырья лесоцромышленных предприятий более передовой, производительной техникой и технологией.
Б 1972 г. был издан приказ Министра лесной и деревообрабатывающей промышленности СССР № 337 об утверждении перспективных систем машин для первичной обработки заготовленного леса: ІНС, 2НС, ЗНС и 4НС. Система машин 2НС предполагает раскряжевку хлыстов производить на слешере или триммере. Начались работы по соз 14
Даниго серийной РМУ и связанного с ней технологического процесса, которые бы стали основой системы машин 2НС.
Главное внимание было обращено на разработку РМУ слешерно-го типа, обладающей рядом важных преимуществ перед триммерной установкой - более простой конструкцией, с более высокой надежностью и производительностью, более низкой металлоемкостью и энергоемкостью. Недостатки слешеров: пониженный выход деловой древесины и небольшое количество длин выпиливаемых сортиментов - теряют свое значение в новых условиях освоения многолесных районов с преобладанием однородных хвойных насаждений и особенно широкого комплексного использования древесины. В некоторых случаях может применяться визуально-константный метод раскряжевки на слешере, не уступающий по выходу деловой древесины раскряжевке на триммере [3] .
В 1973 г. начала действовать поточная слешерная линия СТИ-2 конструкции СибТИ, в 1975 г. - СТИ-3 и ЛО-26 (СибНШІО), в 1977 -ЛО-65 (ЦНЙЙМЭ). Три последние линии участвовали в сравнительных испытаниях, проведенных по указанию Минлесцрома СССР в конце 1977 г. Некоторые результаты испытаний приведены в табл.2.2. [3].
Лучшие показатели имела наиболее отработанная к тому времени линия СТИ-3. Линия 10-65 находилась еще в стадии производственной отладки, а ЛО-26 из-за ряда причин не смогла обработать за период испытаний обязательного объема леса - 5000 м . Средняя эксплуатационная производительность СТИ-3 приближалась к расчетной, а в некоторые смены превышала ее. Максимальная производительность по чистому времени работы (260 м /ч) позволила сделать вывод о больших перспективах слешерных линий.
Анализ состава и последовательности выполняемых операций поперечной подачи хлыстов на РМГ
При этом появляется возможность реализации программы раскроя, близкой к оптимальной, подобно однопильным раскряжевочным установкам с продольной подачей хлыстов. Например, при ГП = ю и fl = 6 число возможных программ равняется одному миллиону.
Недостатки этого способа те же, что и для варианта с пилами, перемещаемыми в плоскости пиления, однако выражены значительно сильнее. Поэтому данный способ практически не применяется.
Возможность изменения скорости надвигания позволяет раскряжевывать крупномерные и фаутные хлысты на пониженной скорости, что устраняет зажимы пил, тем самым увеличивая надежность и производительность всего процесса. Реализация изменения скорости надвигания для обеспечения постоянного усилия, постоянной загрузки двигателя пилы, постоянной зависимости скорости надвигания от диаметра хлыста в месте пропила [% 1 затруднены, так как при раскряжевке на РМУ разные пилы могут одновременно пилить разные хлысты .
Наиболее перспективными считаются РМУ с неподвижными пилами и двумя-тремя скоростями надвигания (вариант I-I-2) [Z] . Поэтому потокам с такими РМУ в дальнейшем будем уделять основное внимание. Эффективными представляются также РМУ с пилами, подвижными в плоскости пиления (2-1-2), как это сделано в Пяозерском ЛПХ.
Согласно [68] , РМУ, на которых выпиливают сортименты постоянной длины, называются слешерами (варианты I-I-I и I-I-2), Остальные РМУ относят к триммерам. Некоторые авторы считают более удобным называть слешерами все РМУ с надвиганием хлыста на пилы (варианты I-I-I, I-I-2, 2-I-I, 2-1-2). Мы в дальнейшем будем придерживаться последней формулировки, как более естественной, Создание буферных запасов. Операция создания буферного запаса хлыстов характеризуется применяемым механизмом. Классификация механизмов для создания буферных запасов приведена в табл.3.6.
Гравитационный с ппроалкиванц. цепями \ \ Фрикционный 1 \ \ \ С несущими цепями и пассивным разделителем С активными разделителями 5
В настоящее время применяются все виды буферных магазинов, кроме тупикового,который находится в стадии конструирования, и механизма с активными разделителями из-за его сложности и неудобства обслуживания.
Как следует из параграфа 3,2, в процессе загрузки РМУ могут создаваться буферные запасы четырех видов сырья - неразделенных хлыстов, разделенных, ориентированных и загруженных хлыстов.
Дня создания запаса неразделенных хлыстов пригодны буферные механизмы всех типов. Разделенные и ориентированные хлысты не могут находиться в бункерном и тупиковом механизме, так как тупиковый магазин также предполагает наличие бункера. Загруженные хлысты могут храниться и выдаваться только в буферных устройствах ячейкового типа.
Для неразделенных хлыстов наиболее удобным представляется бункерный механизм типа ЛТХ-80, осуществляющий также и разделение.
Для загруженных хлыстов перспективен ячейковый поперечный транспортер с таким же размером ячейки, как у подающего транспортера РМУ и с возможностью синхронизации работы этих транспортеров.
Большое влияние на ход процесса поперечной подачи хлыстов на РМУ оказывают факторы внешнего воздействия. Они зависят либо от деятельности людей, управляющих процессом и организующих его, либо от природных условий.
Управление процессом. Управление поперечной подачвй хлыстов производится вручную или с различной степенью автоматизации.
Автоматическое управление операциями процесса позволяет снизить нагрузку на человека-оператора, уменьшить циклы выполнения операций. Однако большое различие обрабатываемых хлыстов по размерам, кривизне, сучковатости и другим характеристикам сильно затрудняет применение автоматики в поперечной подаче хлыстов на РМУ. К настоящему времени автоматизированы в какой-то степени только две операции - ориентация (только по комлевой пиле) и раскряжевка, Для устранения аварийных ситуаций типа кострений хлыстов требуется вмешательство оператора.
Сейчас разрабатывается система автоматического устранения зажимов пил 44j Ее действие заключается в следующем. При наступлении зажима пилы подающий транспортер ГМУ (ИГР) автоматически останавливается и возвращается назад на определенное расстояние, После достижения номинальной скорости вращения пилы ПТР включается на рабочий ход. Обычно применяются гибридные системы управления - автоматически под управлением человека или ручное с элементами автоматики.
Представление поперечной подачи хлыстов на РМУ системой сопряженных агрегатов
С другой стороны, для фиксированного 4/4, при увеличении ҐІ К также быстро сходится к пределу. Это значит, что прр некотором ҐІ РМУ достигает пропускной способности, обеспечивающей обслуживание практически всех требований входящего потока. Дальнейшее увеличение П не дает прироста коэффициента загрузки, поэтому нецелесообразно.
Обычно оператор РМУ в процессе работы изменяет максимальное число хлыстов, загружаемых в одну ячейку, в зависимости от их размерно-качественных характеристик, Обозначим через Ш вероятность того, что это число ограничено величиной th .
Отметим, что график функции К$ можно считать принадлежащим семейству кривых на рис.4.13, если допустить, что ҐІ не обязательно целое число и является средневзвешенным возможных целых значений, определенных множеством dTlx , т.е.
Практически ординаты кривой /С для П(Л) мовно получить из формулы ( 4.55 ) по известным ординатам для целых / .
Эффективность групповой раскряжевки по отношению к поштучной, т.е. рост производительности слешера, можно определить по формуле Средний цикл выдачи хлыста системой равен Отсюда абсолютная пропускная способность равна Заметим, что бесконечные суммы в ( 4.35 ), ( 4.36 ), (4.41 ) и ( 4.49 ) быстро сходятся и без всякого ущерба для точности достаточно брать первые 4-5 членов.
Рассмотренные модели дают некоторые предварительные сведения об эффективности исследуемого процесса. Более полные и точные результаты следует ожидать от применения модели, представляющей все основные элементы системы и их взаимосвязь.
Это долина быть модель многофазной системы,позволяющая получать сведения, необходимые для вычисления значений критериев эффективности процесса. Этими данными, в первую очередь, нужно назвать время пребывания каждого хшыста в каждой из фаз процесса, продолжительность обработки хлыста в зависимости от его размерно-качественных характеристик, продолжительности простоев фаз по различным причинам.
Такая модель и будет рассмотрена далее. Это система сопряженных агрегатов. Ввиду сложности этой модели аналитическим может быть только ее представление, а использована она будет в качестве основы имитационной модели, реализуемой на ЭВМ и описанной в 4.5.
Одной из основных задач разработки общей математической модели системы является проблема анализа динамики этой системы, то есть описания закономерностей пребывания ее в том или ином состоянии и переходов из одного состояния в другое.
В 4.1 некоторые элементы динамики били представлены терминами теории массового обслуживания. Однако сама эта теория не является настолько общей, чтобы описать все элементы изучаемого процесса и их связь между собой. Например, емкость накопителя фазы 1) может изменяться в зависимости от размерных характеристик предметов обработки, находящихся в фазе. Это обстоятельство методами ТМО не может быть учтено.
К настоящему времени разработан универсальный способ описания сложных систем - метод агрегатов №]-,
Агрегат - это математическая модель, описывающая статические и динамические свойства элемента сложной системы. Вся система может быть представлена композицией сопряженных агрегатов.
Агрегат характеризуется множеством моментов времени Т , состояний в каждый момент времени Г , входных сигналов ОС , управляющих / и выходных сигналов У . Сигналы могут быть материальными и информационными. Состояние агрегата в момент времени гбТ обозначается , входные, управляющие и выходные сигналы как &&)%, f&)їГ7 и у&) 6 У соответственно. Состояния агрегата Z&J для произвольного момента времени 4 определяются по предыдущим состояниям случайным оператором Н : Выходной сигнал С/ определяется по состояниям агрегата %[) оператором G . Общая схема агрегата показана на рис.4.14. Ш Рис.4.14. Общая схема агрегата Опишем подробно операторы /7 и G , Обозначим момент времени, следующий за моментом t , через І+0 ,
Состояния агрегата в моменты времени, следующие за моментами tf - поступления входного сигнала 9С , с. - поступления управляющего сигнала и 2: - выдачи выходного сигнала У , описываются операторами V , V и W соответственно:
Назовем моменты времени, в которые может измениться состояние агрегата, особыми моментами. В интервалы между особыми моментами состояние агрегата определяется оператором (J : где т - особый момент, являющийся началом данного интервала. Таким образом, операторы I/ , )/ И/ и (/ - частные случал оператора п . Во множестве состояний оС целесообразно выделить подмноже ство at и такое, что если - момент выда чи сигнала, определяемого оператором выходов & :
Упорядоченная совокупность множеств Т, Ху Г0%7$:„ У и случайных операторов V7V W}UJGT полностью задает агрегат как элемент сложной системы. Входные материальные сигналы в нашем случае - это поступаю 91 щие на очереднуи фазу процесса пачки хлыстов или деревьев или одиночные хлысты, выходные материальные сигналы - те же предметы, выдаваеьше фазой после их обработки.
Экспериментальное исследование поперечной подачи хлыстов на слешер поточной линии СТИ-3 Болыпемуртинского ЛПХ Красноярсклеспрома
Поток СТИ-3. Как показано в 6.2.1, для потока СТИ-3 снижение среднего цикла сбрасывания хлыста на слешер с 9,2 до 5-6 с дает расчетное повышение производительности потока на 20-25 .
Для этой цели осенью 1979 г, общая гидростанция сбрасывателей с одним электродвигателем установленной мощностью 17 кВт и насосом НШ-98 заменена тремя гидростанциями - по одной на каждый сбрасыватель, с электродвигателем установленной мощностью 10 кВт и насосом НШ-46 на каждой гидростанции.
Расчетный цикл сбрасывателей после реконструкции - 6 с (приложение 10.10). Вследствие внутрицикловых простоев действительная величина цикла сбрасывания составила в среднем 7,5 с.
Поток СД-4. В 6,2.2 указывалось, что введение буферного устройства на 4-5 хлыстов перед подачей на слешер с поштучной раскряжевкой повышает производительность на 13-14 . С учетом этого обстоятельства спроектирована и построена слешерная поточная линия СЛ-4 (Усть-Абаканский ЛПК), как дальнейшее развитие линии СТИ-З (приложение 10.10).
Создание буферного запаса хлыстов перед слешером здесь совмещается с ориентацией хлыстов и осуществляется устройством, которое состоит из 4-х шнековых роликов. Такая схема принята и для типового технологического процесса первичной обработки хлыстов с применением серийного слешера ЛО-105 (см.рис.2.2).
Поток ЛО-65. В 6,3.2 показано, что при полном переходе от поштучной к групповой раскряжевке на слешере ЛО-65 производитель-ТЇЇ1Й Возрастает на 28 . Пвоведенные наблюдения показали, что переход от поштучной к групповой загрузке хлыстов не влияет на качество раскряжевки и количество зажимов пил. Например пРИ поштучной раскряжевке в январе-марте 1979 г. на 1000 хлыстов было 31-33 зажимов, а при групповой в ноябре-декабре 1979 г. - от 28 до 35 зажимов.
Групповая загрузка, проводимая даже непостоянно (12-15 общего времени работы слешера), дала значительный эффект - повышение производительности потока на 4-5 (приложение 10.II),
Постоянно проводить групповую загрузку слешера ЛО-65 не было возможности вследствие неудовлетворительных параметров предыдущих механизмов. В частности, нами показано (см.б.З.!), что необходимо увеличение скорости поперечного перемещения хлыстов шнековим ориентирующим устройством с 0,16 мУс минимум до 0,24 м/с, что даст увеличение производительности потока не менее, чем на
Игирминскому ЛПХ даны практические рекомендации по проведению этой модернизац 1 (приложение 10.12).
Методика оценки экономической эффективности внедрения оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ
При внедрении рациональных технологических ренимов зачастую трудно выделить величину получаемого при этом экономического эффекта из общего эффекта суммарного применения организационных, технических и технологических мероприятий. Поэтому непосредственно получить эту величину практически не удается, возможна лишь ее приблизительная оценка.
Годовой экономический эффект внедрения нового режима поперечной подачи хлыстов на РМ7 определяется при помощи известной формулы [83] : 9n-L(c,+EH/ ,)-(cz+E„/ J]-QZ! (7.1) где Q/ - эксплуатационные затраты на I м заготовленного леса для исходного ( Сш 1 ) и нового ( Is Z ) режимов, руб.; К/ - капитальные вложения на I м годового объема заготовленного леса, руб.; Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равен 0,15; Gil - гоДВ0Й объем производства, м , Обозначим П. і - сменная производительность в мЗ; Д/ -число рабочих смен в году; С - ежесменные эксплуатационные расходы, РУб/м ; К і а общие капвложения в процесс, руб. Очевидны равенства Q - Пі fy
Тогда при переходе от первого варианта поперечной подачи хлыстов ко второму относительный рост ежесменных эксплуатационных затрат оС , капитальных вложений в процесс В водительнооти из соотношений
Как показывает опыт эксплуатации потоков с ИДУ, удельные эксплуатационные расходы С- и произведение н на удельные капитальные вложения К і составляют примерно 72 и 28 удельных приведенных затрат соответственно. Поэтому, если при расчетах с?г не учитывать относительный рост эксплуатационных затрат об или капитальных вложений В , то результат окажется завышенньм на А. и У3 процентов соответственно, где
Рост калитальных вложений /6 здесь обусловлен только дополнительными разовыми затратами на эксперименты по определению параметров режимов для исходного варианта поперечной подачи и на оптимизационные расчеты по математическим моделям. Эти затраты относительно малы, что, как известно, составляет одно из важных преимуществ математического моделирования перед другими методами исследований.
Например, при исследовании поперечной подачи хлыстов в потоке ЛО-65 эти затраты составили около 970 руб., из них 420 руб. на проведение хронометражных наблюдений и замеров и 550 руб. на построение математических моделей и расчеты по ним.
В то же время капитальные вложения в поток составляли около 1673,8 тыс.рублей. Отсюда /3 = 970 руб./1673800 руб. = 0,00058. Установление режима групповой подачи хлыстов в ячейку слешера, как показано в 6.3.2, повышает производительность на 28%, т.ее У = 0,28, Тогда из (7.6) = 28 . 0,00058/0,28 & 0,06 . Такой ошибкой, очевидно, можно пренебречь.
