Анализ технологической скорости производства сортиментов в лесу системой механизмов и машин

При сортиментном способе заготовки в лесу дерево валят, обрезают сучья и раскряжевывают на необходимые сортименты. Заготовка сортиментов может выполняться различным сочетанием взаимосвязанных между собой лесозаготовительных машин и механизмов, образующих единые системносинергетические комплексы, эффективность которых зависит от степени синхронизации последовательно выполняемых технологических операций. Наиболее информативным критерием связанности системы механизмов и машин является технологическая скорость производства лесопродукции, определяемая на основе динамической взаимозависимости последовательно выполняемых операций [1]. Высокая степень синхрони- зации технологических скоростей операций в технологическом процессе приводит к исключению простоев и образованию очередей и является необходимым условием повышения производительности в лесозаготовительном производстве.

Методы и результаты исследований . Механизированные машинные комплексы заготовки лесоматериалов, сочетающие механизацию ручного труда с лесными машинами, широко распространены в лесной отрасли ввиду их возможности сохранять подрост и тонкомеры. Ниже представлены результаты аналитического исследования формирования технологической скорости производства сортиментов длиной 4 м в лесу системами механизмов и машин лесозаготовительного производства.

В настоящее время на рынке лесного машиностроения предлагается достаточно широкий спектр машин, механизмов и оборудования для выполнения лесосечных работ. В таблице представлена мощность механизмов и машин, из которых ниже были составлены различные комплексы и сделан системносинергетический анализ их связанности.

Мощность механизмов и машин в комплексах производства сортиментов

Показатель	Марка машины, механизма
	Бензопила Хускварна 262	Бензопила STIHL	Трелевочный трактор ТБ-1М	Процессор ЛО-120	Погрузчик ПЛ-32А
Мощность, кВт	3,0	3,3	88	88	88

Производство сортиментов комплексом бензопила-бензопила - сортиментовоз-погрузчик . В технологические операции, выполняемые данным комплексом, входит валка деревьев бензопилой Хускварна 262, обрезка сучьев и раскряжевка бензопилой Хускварна 262, подвозка колесным сортиментовозом с манипулятором ШЛК-6-04, погрузка погрузчиком ПЛ-32А на лесовозный автопоезд.

Технологическая скорость производства рассматриваемого комплекса равна [1]:

VТ4 = 4S-1x П1П2П3П4 / (П1П2П3 + П1П2П4 + П1П3П4 + П2П3П4 ),(1)

или

VТ4 = 4V-1x L П1П2П3П4 / (П1П2П3 + П1П2П4 + П1П3П4 + П2П3П4 ),(2)

где L – длина хлыста/сортимента; V x – средний объем хлыста.

Производительность бензопилы при валке деревьев [2 , 3]:

П1 = Vx / tx ,(3)

время производства tx = t1 + t2 + t3 ,(4)

где t 1 – время на подпил, спиливание и сталкивания дерева; t 2 – время на переход к следующему дереву; t 3 – время на подготовку рабочего места.

Производительность бензопилы при обрезке сучьев и раскряжевке:

П2 = Vx / tx ,(5)

время производства tx = t1 + t2 + t3 + t4,(6)

где t 1 – время на обрезку сучьев; t 2 – время на раскряжевку; t 3 – время на маркировку; t 4 – время на переход к следующему дереву.

Производительность сортиментовоза равна

П3 = V / T ,(7)

где объемная рейсовая нагрузка на сортиментовоз

V = Vx n , где п – число сортиментов.

Время технологического цикла загрузки [2, 3]:

T = t 1 V/Q 1 + t 2 V / Q 2 + l 1 /v 1 + l 2 /v 2 + l 3 / v 3 ,

где t 1 – время технологического подцикла загрузки; t 2 – время технологического подцикла разгрузки; Q 1 – объем одного подцикла загрузки; Q 2 – объем одного подцикла разгрузки; l 1 – расстояние переезда; l 2 – расстояние движения с нагрузкой; l 3 – расстояние движения без нагрузки; v 1 – скорость движения при переездах; v 2 – скорость движения с нагрузкой; v 3 – скорость движения без нагрузки.

Производительность погрузчика [2, 3]:

П 4 = V n / (t 1 + t 2 + t 3 ) ,

где грузоподъемность пачки сортиментов

Vn = Vx n, t1 – время погрузки пачки: захват пачки, её подъем, переход с пачкой к подвижному составу, опускание пачки, её укладка и возвращение пустого захвата; t2 – время подготовки подвижного состава к погрузке; t3 – время оправки крепления воза после погрузки; п – число сортиментов в пачке.

Технологическая мощность данного комплекса равна:

N = 4 [N 1 N 2 N 3 N 4 / (N 1 N 2 N 3 + N 1 N 2 N 4 + N 1 N 3 N 4 + N 2 N 3 N 4 )] = 5,56 кВт,                  (10)

где N 1, N 2 – мощность бензопилы Хускварна 262; N 3 – мощность сортиментовоза ШЛК-6-04; N 4 – мощность погрузчика ПЛ-32А.

График зависимости технологической скорости производства сортиментов от объема для комплекса бензопила Хускварна-262 – бензопила Хускварна 262 – сортиментовоз ШЛК-6-04 – погрузчик ПЛ-32А показан на рис. 1.

км/ч

1,0

0,5            0,2        0,4        0,6      0,8     м3

Рис. 1. График зависимости технологической скорости производства сортиментов длиной 4 м от объема для комплекса бензопила Хускварна 262 – бензопила Хускварна 262 – сортиментовоз ШЛК-6-04 – погрузчик ПЛ-32А

Удельная технологическая скорость равна vT4 = VТ4 /N , или vT4 = [V-1x L П1П2П3П4 / (П1П2П3 + П1П2П4 + П1П3П4 + П2П3П4 )] x

х[N 1 N 2 N 3 N 4 / (N 1 N 2 N 3 + N 1 N 2 N 4 + N 1 N 3 N 4 + N 2 N 3 N 4 )]^-1.                           (11)

График зависимости удельной технологической скорости производства сортиментов от объема для комплекса бензопила Хускварна 262 – бензопила Хускварна 262 – сортиментовоз ШЛК-6-04 – погрузчик ПЛ-32А показан на рис. 2

км/кВт.ч

0,10

0,2        0,4        0,6      0,8 м3

Рис. 2. График зависимости удельной технологической скорости производства сортиментов от объема для комплекса бензопила Хускварна 262 – бензопила Хускварна 262 – сортиментовоз ШЛК-6-04 – погрузчик – ПЛ-32А

Производство сортиментов комплексом бензиномоторная пила – трелевочноный трактор – бензиномоторная пила – погрузчик. В технологические операции, выполняемые данным комплексом, входит валка бензиномоторной пилой Хускварна 262, трелевка трактором ТБ-1М, обрезка сучьев и раскряжевка бензиномоторной пилой STIHL, погрузка сортиментов погрузчиком ПЛ-32А.

Здесь технологическая скорость производства сортиментов рассматриваемым комплексом равна:

V Т4 = 4S^-1 x П 1 П 2 П 3 П 4 / (П 1 П 2 П 3 + П 1 П 2 П 4 + П 1 П 3 П 4 + П 2 П 3 П 4 ),                     (12)

или

VТ4 = 4V-1x L П1П2П3П4 / (П1П2П3 + П1П2П4 + П1П3П4 + П2П3П4 ), где L – длина хлыста/сортимента.

Производительность бензопилы при валке деревьев П 1 определяется формулой (3), производительность трелевочного трактора [2, 3]:

П 2 = V x n / (S/v 0 + S/v g + t np + t 0 ),

где V x n = V n – средний объем трелюемой пачки, м³; S – среднее расстояние трелевки, м; V 0 – средняя скорость движения без груза; V g – средняя скорость движения с грузом; t np – время на формирование пачки; t 0 – время на освобождение от пачки; n – число деревьев в пачке.

Производительность бензопилы при обрезке сучьев и раскряжевке П 3 определяется по формуле (5), а производительность челюстного погрузчика П 4 находится по формуле (9).

Технологическая мощность данного комплекса равна:

N = 4 [N 1 N 2 N 3 N 4 / (N 1 N 2 N 3 + N 1 N 2 N 4 + N 1 N 3 N 4 + N 2 N 3 N 4 )] = 5,88 кВт,

где N 1 – мощность бензопилы Хускварна 262; N 2 – мощность трелевочного трактора ТБ-1М; N 3 – мощность бензопилы STIHL; N 4 – мощность погрузчика ПЛ-32А.

На рис. 3 показан график зависимости технологической скорости производства сортиментов длиной 4 м от объема для комплекса бензиномоторная пила (Хускварна 262) – трелевочный трактор (ТБ-1М) – бензиномоторная пила (STIHL) – погрузчик (ПЛ-32А).

Рис. 3. График зависимости технологической скорости производства сортиментов длиной 4 м от объема для комплекса бензиномоторная пила (Хускварна 262) – трелевочный трактор (ТБ-1М) – бензиномоторная пила (STIHL) – погрузчик (ПЛ-32А)

На рис. 4 показан график зависимости удельной технологической скорости производства сортиментов от объема для комплекса бензиномоторная пила (Хускварна 262) – трелевочный трактор (ТБ-1М) – бензиномоторная пила (STIHL) – погрузчик (ПЛ-32А).

км/кВт.ч 0,2
0,1	0,2        0,4        0,6      0,8     м3

Рис. 4. График зависимости удельной технологической скорости производства сортиментов длиной 4 м от объема для комплекса бензиномоторная пила (Хускварна 262) – трелевочный трактор (ТБ-1М) – бензиномоторная пила (STIHL) – погрузчик (ПЛ-32А)

Производство сортиментов комплексом бензиномоторная пила – трелевочный трактор-процессор – погрузчик. В технологические операции, выполняемые данным комплексом, входит валка бензиномоторной пилой Хускварна 262, трелевка трактором ТБ-1М, обрезка сучьев и раскряжевка процессором ЛО-120, погрузка сортиментов погрузчиком ПЛ-32А.

Здесь технологическая скорость производства сортиментов рассматриваемым комплексом равна:

• V Т4 = 4S^-1 x П 1 П 2 П 3 П 4 / (П 1 П 2 П 3 + П 1 П 2 П 4 + П 1 П 3 П 4 + П 2 П 3 П 4 ),

или

• V Т4 = 4V^-1 x L П 1 П 2 П 3 П 4 / (П 1 П 2 П 3 + П 1 П 2 П 4 + П 1 П 3 П 4 + П 2 П 3 П 4 ),

где L – длина хлыста/сортимента.

Производительность бензопилы при валке деревьев П 1 рассчитывается по формуле (3), а производительность трелевочного трактора П 2 определяется по формуле (13).

Производительность сучкорезно-раскряжевочной машины (процессора) равна [2,3]:

П 3 = V х / (t 1 + t 2 n + t 3 + t n n + t 4 n + t 5 ),                                        (15)

где V х – объем хлыста; t 1 – время захвата и подачи дерева в срезающее устройство; t 2 – время зажима дерева; t 3 – время протаскивания дерева через сучкорезное устройство; t n – время отпиливания сортимента; n – количество выпиливаемых сортиментов с хлыста; t 4 – время на открытие захвата протаскивающего устройства; t 5 – время возвращения в исходное положение.

Производительность челюстного погрузчика П 4 определяется по формуле (9). Технологическая мощность данного комплекса равна:

N = 4 [N1N2N3N4 / (N1N2N3+ N1N2N4 + N1N3N4 + N2N3N4 )] = 11,11 кВт, где N1 – мощность бензопилы Хускварна 262; N2 – мощность трелевочного трактора ТБ-1М; N3 – мощность процессора; N4 – мощность погрузчика ПЛ-32А.

На рис. 5 показан график зависимости технологической скорости производства сортиментов длиной 4 м от объема для комплекса бензиномоторная пила (Хускварна 262) – трелевочный трактор (ТБ-1М) – процессор ЛО-120 – погрузчик (ПЛ-32А).

км/ч
0,1
0,05	0,2		0,4		0,6		0,8		м3

Рис. 5. График зависимости технологической скорости производства сортиментов длиной 4 м от объ ема для комплекса бензиномоторная пила (Хускварна 262) – трелевочный трактор (ТБ-1М) – процессор ЛО-120 – погрузчик (ПЛ-32А)

На рис. 6 показан график зависимости удельной технологической скорости производства сортиментов длиной 4 м от объема для комплекса бензиномоторная пила (Хускварна 262) – трелевочный трактор (ТБ-1М) –-– процессор ЛО-120 – погрузчик (ПЛ-32А).

км/кВт.ч

0,06

0,02

	--——			^-

0,2        0,4        0,6      0,8 м3

Рис. 6. График зависимости удельной технологической скорости производства сортиментов 4 м от объема для комплекса бензиномоторная пила (Хускварна 262) – трелевочный трактор (ТБ-1М) – процессор ЛО-120 – погрузчик (ПЛ-32А)

Заключение . Результаты выполненного исследования показывают, что при выполнении операций валки деревьев, обрезки сучьев и раскряжевки бензопилами в механизированном машинном комплексе технологическая скорость производства сортиментов длиной 4 м составляет 0,6 км/ч, а удельная технологическая скорость 0,10 км/кВт^.ч. При выполнении операций валки деревьев бензопилой, обрезки сучьев и раскряжевки процессором технологическая скорость производства сортиментов длиной 4 м в механизированном машинном комплексе составляет 0,9 км/ч, а удельная технологическая скорость 0,08 км/кВт^.ч.