Системный анализ технологической скорости процесса производства хлыстов комплексом лесных машин и механизмов

Комплексы машин и механизмов, последовательно выполняющие технологические операции производства хлыстов на лесосеке, представляют собой единую взаимосвязанную системно-синергетическую структуру, динамическими критериями связанности которой в целом является технологическая скорость производства и мощность. Поэтому определение технологической скорости процесса, осуществляемого комплексом, является необходимым условием его эффективной работы, связанной с обеспечением максимальной производительности при наименьших энергетических потерях.

Методика и результаты исследований . Ниже представлены результаты аналитического анализа технологической скорости производства хлыстов на лесосеке различными машинно-механизированными системами.

Производство хлыстов комплексом: бензопила – трелевочный трактор – бензопила – челюсной погрузчик. В лесозаготовительном производстве бензопилы находят широкое применение и это обусловлено тем обстоятельством, что вальщик с бензопилой способен наносить минимальный вред лесной среде.

В технологическую операцию процесса заготовки хлыстов, выполняемую данным комплексом, входят валка деревьев, трелевка, обрезка сучьев на погрузочном пункте, погрузка на лесовозный автопоезд.

В данном комплексе валка деревьев осуществляется бензопилой Хускварна-262, трелевка – трелевочным трактором с манипулятором ТБ-1М, обрезка сучьев на погрузочном пункте – бензопилой «Тайнага-245», погрузка на лесовозный автопоезд – челюстным погрузчиком ЛТ-65Б.

Технологическая скорость производства рассматриваемого комплекса рассчитывается по формуле:

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

или

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

где S x , V x , L – соответственно среднее поперечное сечение, объем и длина хлыста.

Производительность бензопилы определяется по формуле [1, 2]

П1= Vx / tx ,(2)

а время производства как tx = t1 + t2 + t3 ,(3)

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

Производительность трелевочного трактора находят по формуле:

П2 = Vxn / (S/v0 + S/vg + tnp + t0 ),(4)

где V x n = V n – средний объем трелюемой пачки, м³; n – число деревьев в пачке; 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.

Производительность бензопилы при обрезке сучьев определяют по формуле

П 3 = V x / t x ,                                                        (5)

время как tx = t1 + t5 , где t1 – время перехода от одного дерева к другому; t5 – время обрезания сучьев.

Производительность челюстного погрузчика находят по формуле

П 4 = V n / (t 1 + t 2 + t 3 ) ,                                                  (6)

грузоподъемность пачки деревьев равна

Vn = Vx n , где 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.

Технологическая мощность данного комплекса равна [1]:

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 ) = 5,5 кВт ,                    (6а)

где N 1 – мощность бензопилы Хускварна 262; N 2 – мощность трелевочного трактора ТБ-1М; N 3 – мощность бензопилы «Тайга -245»; N 4 – мощность челюстного погрузчика ЛТ-65Б.

График зависимости технологической скорости производства хлыстов от объема для комплекса бензопила «Хускварна-262» – трелевочный трактор с манипулятором ТБ-1М – бензопила «Тайга -245» – челюстной погрузчик ЛТ-65Б представлен на рис. 1.

км/ч 1,0

Рис. 1. График зависимости технологической скорости производства хлыстов от объема для комплекса бензопила «Хускварна-262» – трелевочный трактор с манипулятором ТБ-1М – бензопила «Тайга-245» – челюстной погрузчик ЛТ-65Б

0,5

Удельной технологической скорости соответствует формула vT4 = VТ4 /N.                                                   (6б)

График зависимости удельной технологической скорости производства хлыстов от объема для рассматриваемого комплекса представлен на рис. 2.

км/кВт.ч

0,1

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

Рис. 2. График зависимости удельной технологической скорости производства хлыстов от объема для комплекса бензопила «Хускварна-262» – трелевочный трактор с манипулятором ТБ-1М – 2 бензопилы «Тайга-245» – челюстной погрузчик ЛТ-65Б

Производство хлыстов комплексом валочно-пакетирующая машина – гусеничный трактор с пач-ковым захватом – сучкорезная машина – челюстной погрузчик. Технологические операции, в которые входят валка и пакетирование деревьев, трелевка, обрезка сучьев и погрузка на лесовозный автопоезд, выполняются соответствующими машинами: валочно-пакетирующей машиной ЛП 19А, гусеничным трактором с пачковым захватом ЛТ 154А, сучкорезной машиной ЛП-33А, челюстным лесопогрузчиком ЛТ-65Б.

Технологическая скорость производства хлыстов рассматриваемого комплекса машин равна:

VT4 = 4S-1x П1П2П3П4 / (П1П2П3 + П1П2П4 + П1П3П4 + П2П3П4 ),(7)

или

VT4 = 4V-1xL П1П2П3П4 / (П1П2П3 + П1П2П4 + П1П3П4 + П2П3П4 ),(8)

производительность валочно-пакетирующей машины [3]:

П1 = Vn / [ 104Vv/ Qbv + ( t1 + Vx/(ϕ Ппл f(L-1,3) +t2 + t3)Vn/Vx + t4 ] ,(9)

где Vn – средний объем формируемой пачки, м3; Q – ликвидный запас древесины на 1 га, м3 ; b – ширина полосы леса, разрабатываемая машиной за один проход, м; v – средняя скорость движения машины при переходе с одной позиции на другую, м/с; t1 – время на подготовку к спиливанию дерева, с; Ппл – производи- тельность чистого пиления срезающего устройства, м3/с; ϕ – коэффициент использования производительности чистого пиления; f – видовое число ствола дерева; t2 – время сталкивания спиленного дерева, с; t3 – время на укладку дерева в пакет, с; t4 – время сброса пачки и выравнивание комлей.

Производительность трелевочного трактора П 2 определяется по формуле (4). Производительность сучкорезной машины находят как:

П 3 = V х / (t 1 + t 2 n + t 3 + t 4 n + t 5 ) ,                                       (10)

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 4 – время на открытие захвата протаскивающего устройства; t 5 – время возвращения в исходное положение.

Производительность челюстного погрузчика П 4 определяют по формуле (6). 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 ) = 88 кВт ,             (11)

где N 1 – мощность валочно-пакетирующей машины ЛП19А; N 2 – мощность гусеничного трактора с пачковым захватом ЛТ 154; N 3 – мощность сучкорезной машины ЛП-33А; N 4 – мощность челюстного погрузчика ЛТ-65Б.

На рисунке 3 показаны результаты расчетов зависимости технологической скорости производства хлыстов от объема для комплекса машин: валочно-пакетирующая машина ЛП 19А; гусеничный трактор с пачковым захватом ЛтТ154А; сучкорезная машина ЛП-33А; челюстной лесопогрузчик ЛТ-65Б.

На рисунке 4 представлены результаты расчетов зависимости удельной технологической скорости производства хлыстов от объема для комплекса машин: валочно-пакетирующая машина ЛП 19А, гусеничный трактор с пачковым захватом Лт 154А, сучкорезная машина ЛП-33А, челюстной лесопогрузчик ЛТ-65Б.

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

Рис. 3. График зависимости технологической скорости производства хлыстов от объема для комплекса машин: валочно-пакетирующая машина ЛП 19А; гусеничный трактор с пачковым захватом Лт 154А; сучкорезная машина ЛП-33А; челюстной лесопогрузчик ЛТ-65Б

км/кВт.ч
0,01	0,2		0,4		0,6		0,8		м3

Рис. 4. График зависимости удельной технологической скорости производства хлыстов от объема для комплекса машин: валочно-пакетирующая машина ЛП 19А; гусеничный трактор с пачковым захватом Лт 154А; сучкорезная машина ЛП-33А; челюстной лесопогрузчик ЛТ-65Б

Производство хлыстов комплексом машин: валочно-трелевочная машина - сучкорезная машина -челюстной погрузчик. Технологические операции валка и трелевка, обрезка сучьев на погрузочном пункте, погрузка на лесовозный автопоезд производятся в комплексе валочно-трелевочной машиной ЛП 17, сучкорезной машиной ЛП-33А, челюстным погрузчиком ЛТ-65Б. Технологическая скорость производства хлыстов рассматриваемого комплекса равна:

V T3 = 3S^-1 x П 1 П 2 П 3 / (П 1 П 2 + П 1 П 2 + П 1 П 3 + П 2 П 3 ),                            (12)

или

V T3 = 3V^-1 x LП 1 П 2 П 3 / (П 1 П 2 + П 1 П 2 + П 1 П 3 + П 2 П 3 ).

(12a)

Производительность валочно-трелевочной машины составляет [3]:

П 1 = V x n [ 10⁴V x n/Qbv 1 + ((t 1 + V x (fφ p(L-1,3)^-1 + t 2 + t 3 ))n + S/v 2 + S/v 3 + t 4 ]^-1

где     tx = n-1 [ 104Vx n/Qbv1+((t1+Vx(fφ p(L-1,3)-1+t2+t3))n+S/v2+ S/v3 + t4]; Q – эксплуатационный запас древе сины на 1 га; b – ширина полосы леса, разрабатываемой машиной за один проход; v1 – среднее скорость движения машины при переездах с одной позиции на другую; t1 – время на подготовку дерева к спиливанию; f – видовое число ствола; φ = 0,7 – 0,8; p – производительность чистого пиления срезающего механизм; t2 – время на повал спиленного дерева; t3 – время на укладку спиленного дерева; S – среднее расстояние трелевки; V2 – средняя скорость движения машины с грузом; V3 – средняя скорость движения машины без груза; t4 – время сброса пачки на погрузочном пункте.

Производительность сучкорезной машины П 2 определяется по формуле (10), производительность челюстного погрузчика – по формуле (6).

Технологическая мощность данного комплекса равна:

N = 3 N1N2N3/ (N1N2+ N1N3 + N2) = 83,3 кВт , где N1 – мощность валочно-трелевочной машины ЛП 17; N2 – мощность сучкорезной машины ЛП-33А; N3 – мощность челюстного погрузчика ЛТ-65 Б.

На рисунке 5 представлен график зависимости технологической скорости производства хлыстов от объема комплексом машин: валочно-трелевочная машина ЛП 17; сучкорезная машина ЛП-33А; челюстной погрузчик ЛТ-65Б.

км/ч

1,0

0,5

Рис. 5. График зависимости технологической скорости производства хлыстов от объема комплексом машин: валочно-трелевочная машина ЛП17; сучкорезная машина ЛП-33А; челюстной погрузчик ЛТ-65Б

км/кВт.ч
0,01	0,2	0,4	0,6     0,8		м3

Рис. 6. График зависимости удельной технологической скорости производства хлыстов от объема комплексом машин: валочно-трелевочная машина ЛП 17; сучкорезная машина ЛП-33А;

челюстной погрузчик ЛТ-65Б

На рисунке 6 представлен график зависимости удельной технологической скорости производства хлыстов от объема комплексом машин: валочно-трелевочная машина ЛП 17; сучкорезная машина ЛП-33А; челюстной погрузчик ЛТ-65Б.

Заключение . Результаты выполненного исследования показывают, что: 1) эффективная мощность механизировано-машинной технологии составляет 5,5 кВт, в то время как для представленных машинных соответственно 88 и 83,3 кВт; 2) технологическая скорость механизировано-машинной технологии (0,70 км/ч)

практически такого же порядка величины, что и у машинных (1,15 и 0,89 км/ч); 3) удельная технологическая скорость механизировано-машинной технологии (0,131 км/кВт.ч) практически на порядок величины выше, чем у машинных (0,013 и 0,011 км/кВт.ч), а это означает, что присутствие механизированной операции в машинной технологии способствует энергосбережению.