Влияние природно-производственных условий на эффективность создания посадочных мест лесохозяйственным агрегатом

Введение . Получение максимального количества продукции при минимальных затратах энергии является одной из важнейших задач производственной эксплуатации техники.

Цель исследования . Разработка методики прогнозирования рационального комплектования лесохозяйственного агрегата с целью получения максимального эффекта при выполнении технологического процесса.

Задачи исследования. Оценка влияния природно-производственных условий (ППУ) на эффективность использования энергии при выполнении технологических операций лесохозяйственными машинно-тракторными агрегатами (МТА).

Данная проблема была рассмотрена на примере работы лесохозяйственного агрегата по подготовке посадочных мест на вырубках под саженцы лесных культур. В качестве критерия предлагается удельная энергопроизводительность агрегата, которая отражает количество выполненной работы при затрате единицы энергии. Методика разработана на принципах статистического анализа представительной выборки ППУ. Основные показатели ППУ приведены в таблице 1.

Объект исследования . Агрегат ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У скомплектован на базе гусеничного лесохозяйственного трактора ЛХТ-55А класса тяги 30 кН, двухрядной лункообразующей машины Л-2У и толкающего клина ТК-1,2 для полосной расчистки вырубок.

Лункообразующая машина Л-2У создана для замены ручного труда при создании посадочных мест «мечом Колесова» на машинизированный способ. При одном проходе машиной создаются посадочные места в виде лунок с междурядьем 1,8 м и шагом в каждом ряду 0,4–1,2 м.

Эксперименты проводились в условиях таежной зоны Республики Карелия на площадях Сегежского лесничества. Было выбрано пять вырубок с различным количеством пней и с различным объемом порубочных остатков (табл. 1).

Таблица 1

Показатель	Номер вырубки
	1	2	3	4	5
Количество пней, шт/га	340	450	620	760	915
Объем порубочных остатков, м3/га	11	10	12	12	14
Наличие валунов, шт/га	520	615	420	420	735

Характеристика вырубок

Метод исследования – регрессионный анализ.      Наиболее приемлемым критерием эффективности при комплектовании МТА с позиции рационального использования энергии является комплексный показатель – удельная энергопроизводительность К, представляющая собой отношение технической производительности при выполнении технологической операции ПТ к мощности двигателя Ne [1]. Показатель К отражает количество выполненной работы при затрате единицы мощности, то есть дает возможность оценить с энергетической точки зрения конструктивное совершенство лесохозяйственных агрегатов (м2/кВт·ч)

т(К) = т(П Т ) / т(N e ) .                                        (1)

Экспериментами установлено количество технологической работы на единицу затраченной энергии при работе агрегата ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У, статистические значения показателей которой представлены в таблице 2. Как следует из таблицы 1, при повышении жесткости условий значения показателя К уменьшаются с 208,3 до 184,9 м²/кВт·ч, то есть выработка на затраченный один кВт·ч падает на 15 %. Жесткость природно-производственных условий подбиралась характеристиками вырубок, приведенными в таблице 1.

Таблица 2

Удельная энергопроизводительность

Показатель	Номер вырубки
	1	2	3	4	5
Математическое ожидание энергопроизводительности т(К) , м2/кВт-ч	208,3	202,4	196,1	190,6	184,9
Среднеквадратическое отклонение σ К , м2/кВт·ч	43,33	45,13	48,04	52,99	55,58

С учетом этого были проведены специальные эксперименты по выявлению характера и степени влияния основных факторов ППУ на изменение данного показателя.

Результаты исследования. Результаты в виде регрессионных зависимостей представлены на рисунке. Все зависимости имеют прямолинейный характер. С увеличением количества пней и объема порубочных остатков отмечается снижение количества обрабатываемой площади на единицу затрачиваемой энергии, а при росте коэффициента агротехнической приспособляемости агрегата наблюдается иная картина – повышение количества обрабатываемой площади (рис.).

Изменение удельной энергопроизводительности К в зависимости от объема порубочных остатков V ПO , количества пней N П и агротехнической приспособляемости МТА к выполнению технологической операции К Аг

Коэффициент агротехнической приспособляемости агрегата отражает полезное качество выполненной работы. В нашем случае он имеет следующий вид:

К Аг = l пол / L Г ,                                                                   (2)

где L Г – длина гона; l пол – полезная длина гона, пригодная под посадку.

Основные действующие факторы (см. рис.) имеют следующую степень влияния на удельную энергопроизводительность:

- при увеличении количества пней на 100 шт/га показатель К понижается на 3–4 м²/кВт·ч; при увеличении порубочных остатков на 1 м³/га показатель К понижается в среднем на 2 м²/кВт·ч, при увеличении коэффициента агротехнической приспособляемости агрегата на 0,01 показатель К повышается в среднем на 3 м²/кВт·ч.

Приведенные зависимости К = f(V ПO ) , К = f(N П ) и К = f(К Аг ) описываются простыми линейными регрессиями, которые представлены на рисунке. Их коэффициент детерминации RI = 0,963–0,993 говорит о том, что варьирование показателя К на 96–99 % описывается регрессионной линией. Уровни значимости t -критерия для обоих коэффициентов в полученных уравнениях менее 0,05, т.е. коэффициенты достоверны на 5 %-м уровне значимости. Уровни значимости F -критерия, оценивающего достоверность регрессионного уравнения в целом, у всех уравнений меньше 0,05, что говорит о высокой степени достоверности полученных уравнений зависимостей показателя К от факторов N П , V ПO и К Аг . Коэффициент корреляции между переменными составляет r = 0,98–0,99.

Статистический анализ выполнен с применением программы компьютерного обеспечения Statistica 7.

Выводы

• 1.    Разработана методика прогнозирования рационального комплектования лесохозяйственного агрегата с целью получения максимального эффекта при выполнении технологического процесса. В качестве критерия предлагается удельная энергопроизводительность агрегата К , которая отражает количество выполненной работы при затрате единицы энергии.

• 2.    Установлены характер и степень влияния основных действующих факторов природнопроизводственных условий и технологии на удельную энергопроизводительность агрегата: при увеличении количества пней на 100 шт/га показатель К понижается на 3–4 м²/кВт·ч; при увеличении наличия порубочных остатков на 1 м³/га показатель К понижается в среднем на 2 м²/кВт·ч; при увеличении коэффициента агротехнической приспособляемости агрегата на 0,01 показатель К повышается в среднем на 3 м²/кВт·ч.