Технологические режимы поперечной подачи хлыстов на многопильные раскряжевочные установки

Научные исследования и производственный опыт показывают, что развитие низших лесных складов должно идти по пути их укрупнения и строительства больших лесопромышленных комплексов, что снижает себестоимость продукции и создает условия для полной механизации обработки леса. Согласно исследованиям ЦНИИМЭ и Гипро-лестранса наиболее эффективны склады с грузооборотом 300−400 тыс. м3, а в многолесных районах Сибири и Дальнего Востока — 500−600 тыс. м3. Все более острой становится потребность в высокопроизводительной нижнескладской технике и технологии.

Основной объем работ на нижних складах и биржах сырья лесопромышленных комплексов (до 80 $) занимает первичная обработка заготовленного леса, главным образом очистка деревьев от сучьев (15 $ трудозатрат) и раскряжевка хлыстов (до 35 $ трудозатрат). В настоящее время для этой цели широко используются полуавтоматические линии с продольной подачей деревьев и хлыстов и раскряжевкой однопильными установками.

Они имеют невысокую производительность (150−170 м3 в смену) и поэтому не могут быть взяты за основу при механизации крупных нижних складов и бирж сырья.

Наиболее перспективными, особенно для районов с преобладающими однородными хвойными насаждениями, представляются поточные линии с применением групповой очистки деревьев от сучьев и раскряжевки многопильными установками слешерного или триммерного типа. Производительность такой линии может достигать 650−700 м3 В смену, а на одного рабочего — 90−95 м в смену.

2.2. Развитие и современное состояние техники и технологии раскряжевки хлыстов многопильными установкамиВ лесной промышленности Канады и США высокопроизводительные раскряжевочные многопильные установки (РМУ) получили широкое распространение. Они используются для разделки долготья и раскряжевки хлыстов. Например, компания (США) выпускает триммеры, а канадская фирма ^шь^^ - слешеры СС-2000 производительностью свыше 800 м³ в смену [8].

В СССР РМУ впервые нашли применение для разделки балансов и долготья (слешеры Д-107, Д-172, триммеры ТАРС, «Комета»). ВыQработка 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, затрудяющий их обработкупонижены. ный по сравнению с однопильными установками ёход деловой древесины на слешерахсложность конструкции триммеров.

Первая РМУ для раскряжевки хлыстов APX-I была создана в I960 г. в ЦНИИМЭ под руководством Д. К. Воеводы и А. П. Лося. Это 4-пильный 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 сортщювку. Производительность APX-IQдостигала 385 м в смену. Однако вследствие низкого выхода деловой древесины при существующих тогда условиях эта установка не получила распространения.

В 1961 г. начала работать РМУ АПЛ-Ш — триммер с пилением неподвижного хлыста конструкции СевНИИП, а к 1970 г. — подобные установки AM-I, АМ-2, АМ-3 (СНИИЛП) и МР-8 (ЦНИИМЭ). На такойустановке хлыст поступает в приемный лоток, зажимается, раскряжевывается по выбранной схеме, а затем сбрасывается на сортировочный транспортер. Подача хлыста на раскряжевку осуществляется продольными САМ-3), поперечными САМ—I, МР-8), а также комбинированно-продольным, а затем поперечным транспортерами (АПЛ-Ш).

В 1964 г. начал эксплуатироваться слешер СТИ-1 конструкции СибТИ с комбинированной подачей хлыстов.

В 1969 г. были проведены сравнительные испытания РМУ в производственных условиях. Некоторые результаты этих испытаний приведены в та-бл.2.1. [3,?].

Таблица 2.1Результаты испытаний РМУ в 1969 г.

По результатам испытаний были сделаны выводы о нецелесообразности продольной подачи хлыстов к РМУ, о необходимости создания высокопроизводительных технических средств обрезки сучьев, разделения пачек хлыстов и подачи хлыстов к РМУ.

Опыт работы РМУ использовался при реконструкции действующих и разработке новых раскряжевочных поточных линий. Начали применяться бункерные установки с малым циклом обработки хлыста — для групповой очистки деревьев от сучьев и частичного разделения хлыстов МСГ (1971 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.

В 1972 г. был издан приказ Министра лесной и деревообрабатывающей промышленности СССР № 337 об утверждении перспективных систем машин для первичной обработки заготовленного леса: 1НС, 2НС, ЗНС и 4НС. Система машин 2НС предполагает раскряжевку хлыстов производить на слешере или триммере. Начались работы по созданиго серийной РМУ и связанного с ней технологического процесса, которые бы стали основой системы машин 2НС.

Главное внимание было обращено на разработку МУ 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 Ш.

В 1973 г. начала действовать поточная слешерная линия СТИ-2 конструкции СибТИ, в 1975 г. — СТИ-3 и ЛО-26 (СибНШЮ), в 1977 -ЛО-65 (ЦНИИМЭ). Три последние линии участвовали в сравнительных испытаниях, проведенных по указанию Минлесцрома СССР в конце 1977 г. Некоторые результаты испытаний цриведены в табл.2.2. [3].

Лучшие показатели имела наиболее отработанная к тому времени линия СТИ-3. Линия ЛО-65 находилась еще в стадии цроизводст-венной отладки, а Л0−26 из-за ряда причин не смогла обработать за период испытаний обязательного объема леса — 5000 м³. Средняя эксплуатационная производительность СТИ-3 приближалась к расчетной, а в некоторые смены превышала ее. Максимальная производительность по чистому времени работы (260 м3/ч) позволила сделать вывод о больших перспективах слешерных линий.

Низкая величина чистого времени работы линий (от 25 до 35 $) указывала на значительные резервы повышения производительности. Основную часть потерь времени составляли простои по организацион1 сгиляца л.

Результаты испытаний поточных линий с РУУ в 1977;1983 гг.

Наименование показателей Г 1 • Поточные линии — СТИ-3 I Л0−26 | ло- 65 Время испытаний ХП.1977 ХП.1977 ХП.1977 ХП.1979 ХП.1980 ХП.1983Предмет обработки деревья хлысты деревья деревья деревья деревьяОтработано машиносмен в период испытаний 20 20 30 12 20 50Объем обработанного леса за период испытании, м3 8936 3023 5015 4826 14 430 36 054Средний объем хлыста за период испытаний, м3 1,09 0,81 0,99 0,78 0,75 0,71Производительность за период испытаний: расчетная, м3/см | эк сплуат ационная, м3/см 500 180 650 446 151 167 402 722 721по чистому времени работы, м /ч ! 184 88 92 218 283 255максимально достигнутая, м3/см 713 254 276 907 947 1083Производительность труда, м /чел.-ден! 89,2 25,2 27,9 67,0 120,3 120,2Чистое время работы, % к общему рабочему времени 35,4 25,3 26,4 26,8 33,3 41,1Простои машин, % к общему рабочему времени: по техническим причинам 10,8 23,0 13,0 35,5 16,0 13,0по технологическим причинам 22,3 21,4 24,0 6,9 5,5 9,2по организационным причинам 27,7 26,9 35,3 29,3 42,8 34,1Коэффициент загрузки слешера 0,45 0,37 0,37 0,82 1,12 1,06I—IСПным (27−35 $) и технологическим (21−24 $) причинам. Из последних главной являлась поправка хлыстов и их разделение вручную. Невысокая надежность как нетипового, так и серийного оборудования обусловили простои от II до 23 $ рабочего времени.

Кроме того, потери эффективности поточных линий происходили из-за низкого коэффициента загрузки РМУ (0,37−0,45) вследствие нерегулярности поступления хлыстов и неудовлетворительных характеристик механизмов, выполняющих процесс подачи хлыстов на В1У.

Общие потери производительности потоков с РМУ из-за неэффективных технологических режимов подачи хлыстов на РМУ оценивались в 60−70 $.

Многие из описанных недостатков частично или полностью устранены при участии автора в ныне действующих, строящихся и проектируемых поточных линиях. Для поправки и разделения хлыстов в состав линии введен кран-манипулятор. Разработаны технические средства создания буферных запасов хлыстов перед РМУ. В целях обеспечения высокой интенсивности поступления хлыстов на раскряжевку и с учетом возможности комплексного использования древесины на нижнем складе ориентация хлыстов производится только по комлевой пиле РМУ.

Указанная модернизация проведена на действующей поточной линии ЛО-65 Игирминского ЛИХ конструкции ЦНИЙМЭ [д ] и заложена во вводимых в строй линиях СЛ-4 Усть-Абаканского ЛПК (СибТИ) [з] и Л0−105 Яйвинского ДСК (ЦНИИМЭ, СибНПЛО) [ю]. ЦНИИМЭ, СибНПЛО, СибТИ, Гипролестрансом и другими организациями с участием автора разработано техническое задание на проектирование технологических схем нижних складов на базе системы машин 2НС (Утверждено Техническим управлением Минлеспрома СССР 27.06.1980 г.) [4,{?]. Схема компоновки машин при обработке деревьев показана на рис.

2.1, а при обработке хлыстов — на рис. 2.2 [ff].

Наряду со слешерными РМУ интерес представляют и триммеры с надвиганием хлыстов на пилы. Непрерывный режим раскряжевки позволяет получить на них высокую производительность, а возможность большого выбора рациональной программы раскроя обеспечивает максимальный выход деловой древесины. Такая РМУ применена в полуавтоматической раскряжевочной линии финской фирмы «Раума-Репола», действующей в Пяозерском ЛПХ Кареллеспрома. Во время испытаний в августе 1977 г. при среднем объеме хлыста 0,22 м³ производительность этой линии составила 257 м³ в смену, за I час чистой работы РМУ — 61,6 м³. Несколько таких линий вводятся в строй на бирже сырья Усть-Илимского ЛПК.

В настоящее время наиболее отработанными технологическими потоками с применением РМУ можно считать слешерные линии ЛО-65 в Игирминском ЛПХ и СТИ-3 в Болыпемуртинском ЛПХ, на которых в отдельные периоды, например, во время испытаний (см. табл.2.2), достигается и превосходится проектная производительность. Однако стабильной работы этих линий в течение всего года добиться пока не удается. Происходит это по-прежнему главным образом из-за простоев по организационным и техническим причинам, снижающим производительность на 30−40 $.

2.3. Перспективы применения технологических потоков с РМУСистемы машин 2НС (на основе РМУ с поперечной подачей хлыстов) в настоящее время используются на нижних складах ряда предприятий отрасли (Игирминский и Крестецкий ЛПХ ЦНИИМЭ, Чернореченский, Болыпемуртинский и Предивинский ЛПХ Красноярсклеспрома, Яйвинский ЛПХ Пермлеспрома, Пяозерский ЛПХ Кареллеспрома и др.) общим числом 12 шт.

На линии ЛО-65 Игирминского ЛПХ комплексная выработка на I рабочего (включая вспомогательных) превысила 20 м³ в смену, что в 1,5 раза выше, чем на лучших складах с применением однопильных установок с продольной подачей хлыстов (системы машин 1НС) и в 2,5−3 раза выше средней по отрасли. Себестоимость продукции и приведенные затраты на 10−15 $ ниже, чем на системах машин 1НС и на 15−20 $ ниже, чем при традиционной технологии раскряжевки ручным электрои мотоинструментам.

Достижение стабильной проектной производительности поточных линий с РМУ обеспечит на них комплексную выработку на I рабочего 40−45 м3 в смену. Вместе с тем такие линии обладают высокой капиталоемкостью, что выдвигает задачу определения условий, в которых эффективность применения систем машин 2НС будет достаточно высокой.

ЦНИИМЭ разработаны технология и оборудование системы машин 2НС в двух вариантах [13].

Вариант «А» предназначен для нижних складов, обрабатывающих лес с преобладанием хвойных пород. Он представляет собой линию споперечной подачей хлыстов на РМУ, основными механизмами которой являются установка типа МСГ для групповой очистки деревьев от сучьев, РМУ и расположенные автономно продольные сортировочные транспортеры.

Вариант «Б», кроме основного потока, аналогичного потоку варианта «А», содержит также и вспомогательную линию с продольной подачей и индивидуальной раскряжевкой хлыстов на однопильной установке. Этот вариант применяется в насаждениях со значительным содержанием деревьев лиственных пород, которые отсортировываются и поступают на вспомогательную линию. Такой вариант, включающий основной поток с РМУ ЛО-65 и вспомогательный с установкой Л0−30, реализован на нижнем складе Игирминского ЛПХ ЦНШМЭ.

В ЦНШМЭ предложены условия применимости систем машин 2НС С 13]. В табл.2.3 даны основные из этих условий для среднего объема хлыста 0,35 м³.

Таблица 2.3Условия применимости системы машин 2НСФакторы Границы применимости системы применимости Вариант «А» Вариант «Б» Степень концентрации лесо-складского производства (грузооборот нижнего склада биржи сырья), тыс. м^ в год 300 400Содержание древесины лиственных пород, % 10 30Выход деловой древесины по таксационным данным, % 75 65−75Было установлено, что только для нижних складов основных лесозаготовительных объединений страны необходимое число поточных’линий системы 2НС составляет 55, в т. ч. 25 линий варианта «А», а 30 — варианта «Б», а всего с учетом нижних складов и бирж сырья лесопромышленных комплексов в осваиваемых лесных районах это число достигает 140−150 [4].

Эти данные указывают на перспективность отработки и внедрения технологических процессов раскряжевки хлыстов на многопильных установках.

2.4. Обзор научно-исследовательских работ по теме диссертацииВопросам разработки и внедрения технологических процессов на нижних лесных складах посвящено много работ научного и практического характера.

В первую очередь нужно отметить труды д.т.н., проф. Д.К.Вое-воды и д.т.н., проф. Г. А. Вильке, в которых построены теоретические и практические основы создания высокопроизводительных технологических потоков на нижних складах.

Глубокое теоретическое развитие этого направления с применением современных научных методов осуществили д.т.н., проф. В. И. Алябьев, д.т.н., проф. П. В. Ласточкин, проф. Б. Г. Залегаллер, д.т.н., проф. А. К. Редькин.

Под руководством этих ученых развернуты обширные исследования нижнескладского производства.

Много и результативно работают по оптимизации оборудования и процессов нижних складов ученые научно-исследовательских институтов к.т.н. Г. А. Рахманин, к.т.н. Н. Т. Гончаренко, к.т.н. В. В. Назаров, к.т.н. Ю. К. Сергиенко (ЦНИИМЭ), д.т.н. Г. М. Васильев, к.т.н. Ю. В. Лебедев (СНИИЛП), а также сотрудники СибНПЛО и СевНИИП.

Большой объем исследований по этим темам выполнили работники учебных институтов — сотрудники МЛТИ и ЛТА им. С. М. Кирова, атакже к.т.н. В. И. Кондратьев, ст.цреп. Г. А. Дегерменджи (СибТИ), к.т.н. Н. Ф. Ковалев, к.т.н. И. В. Турлай (БТИ), к.т.н. Д. Л. Дудюк, к.т.н. Ю. А. Садовский (ЛЛТИ).

Отметим труды, наиболее близкие к теме диссертации.

2.4.1. Анализ применения поточных линий с РМУПоследовательные этапы отработки оборудования и технологического процесса первичной обработки заготовленного леса с применением ИЛУ описаны в отчетах о научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах, цроведенных в ЦНИИМЭ, СибНШЮ, СибТИ и других организацияхУстановлено, что подача хлыстов на РМУ должна производиться в направлении, поперечном к их продольной оси [б]. Если в процесс входит операция очистки деревьев от сучьев, то она должна выполняться одной высокопроизводительной бункерной установкой1Ш.

Из РМУ более перспективными являются установки типа «слешер», а также типа «триммер» с надвиганием хлыста на пилы ].

Для ИЛУ типа «слешер» существует два метода подачи хлыстов. Первый из них используется для обезличенной раскряжевки хлыстов и применяет шнековый торцевыравнивающий механизм? V//. Второй предназначен для так называемого визуально-константного способа раскряжевки и предполагает ориентацию каждого отдельного хлыста в зависимости от его размерно-качественных характеристик относительно определенной пилы ИЛУ продольным транспортером [/4].

Важным средством для поправки хлыстов и обеспечения нормального выполнения операций процесса подачи хлыстов на РМУ может служить манипулятор ?7⁷.

Анализ работы поточных линий с РМУ, опыт их эксплуатации ипути совершенствования оборудования и технологии на этих линиях для начальных этапов их применения в стране содержатся в книге Г. М. Васильева и др. [5].

Подробная классификация, опыт работы и технико-экономическая оценка слешерных поточных линий даны в работе В. И. Кондратьева и др. [3]. Здесь показано, что простои линий по технологическим причинам (21−24 $ общего рабочего времени) происходят главным образом из-за неудовлетворительных параметров процесса подачи хлыстов на РМУ.

Пособие Г. А. Дегерменджи и др. содержит технологические схемы 14 действующих и проектируемых слешерных линий. В нем даются также состав и характеристики оборудования этих линий.

Классификация и экономическая оценка триммерных линий проведена в статье Т. А. Туровского и др. [(8].

В обзоре А. И. Химича и З. С. Максимовой [/$] рассматривается опыт работы и производится оценка эффективности поточных линий с РМУ триммерного типа МР-8 и слешерного типа СТИ-2 и СТИ-3.

Анализ работы и пути повышения производительности линии СТИ-3 содержатся в брошюре, выполненной при участии автора [Ю].

В статье А. И. Химича и др. [?] произведена оценка технологических схем с РМУ по критерию удельных приведенных затрат. Установлено, что схема «МСГ — ЛТХ-80 — слешер» является наиболее рациональной.

Эти работы содержат много фактического материала, необходимого для глубокого изучения процесса поперечной подачи хлыстов на ИЛУ.

2.4.2. Классификация и характеристики технологического оборудования для поперечной подачи хлыстов на РМУОписания механизмов, применяемых в процессе поперечной подачи хлыстов на РМУ, содержатся в справочнике по нижним лесным складам под редакцией Д. К. Воеводы [2,/] а также в упомянутых выше работах [з] и [?]. Здесь показано, что перспективны механизмы, выполняющие несколько смежных операций, включая создание буферных запасов.

Общая классификация РМУ по технологическим и конструктивным признакам, а также их технические характеристикицриведены в работах Д. К. Воеводы ?31 Г. А. Вильке [2*г] Б. Г. Залегаллера, В. С. Саплина [s] И. Т. Дворецкого [2?] И.Н.Била-нина [28] В. П. Брюханова [29] Б. Ф. Бессуднова [30] и др.

Механизмы подачи хлыстов, а также буферные устройства подробно рассмотрены Д. К. Воеводой [2{-23] Г. А. Вильке [2^] Б. Г. Залегаллером и П. В. Ласточкиным [25] И. В. Батиным [31'] Б. Ф. Бессудновым [32].

Краны и погрузчики для разгрузки лесовозного транспорта и подачи пачек хлыстов или деревьев на обработку представлены в монографиях В. И. Алябьева [33] и Н. Т. Гончаренко [34].

Эти работы дают сведения о возможных компонентах технологического оборудования процесса поперечной подачи хлыстов на РМУ.

2.4.3. Теоретические исследования процессов первичной обработки заготовленного лесаВажнейшие исследования теоретического плана содержат методы расчета параметров оборудования, его режимов и компоновки для достижения наибольшей эффективности первичной обработки леса, как основы нижнескладского производства.

В работах Д. К. Воеводы [21, 33, 35] а также в трудах [3^ 37,38,3 $] даны методы расчета емкости буферных устройств. Эти механизмы дают возможность в определенной степени поддерживать нормальный ритм работы участков линии, в которые они встроены.

В монографии В. И. Алябьева [^0] изложены общая теория и практические методы решения многих задач оптимизации производственных процессов лесозаготовительных предприятий. В частности, с применением теории массового обслуживания и статистического моделирования проведен подробный анализ работы консольно-козлового крана, занятого на разгрузке лесовозного транспорта и подаче леса в обработку.

В книгах А. К. Редъкина [38^{] на основе математических методов исследований операций и результатов обработки большого количества производственных данных разработаны рекомендации по оптимальному использованию ряда систем лесоскладского оборудования.

Б.Г.Залегаллер [25] дает методику нахождения оптимальных параметров и компоновки оборудования в составе утвержденных систем машин для нижнескладских работ. При этом целевые функции выражены алгебраически, в них использованы средние значения расчетных величин — объема хлыста, коэффициентов использования времени, мощности и др.

Ю.В.Лебедев [42] указал некоторые требования к технологическим параметрам механизма, подающего хлысты на раскряжевку одно-пильной установкой.

А.М.Соловейчик [^3] исследовал процесс подачи бревен с воды на поперечный транспортер.

И.В.Турлай [№] показал, что производительность раскряжевочных поточных линий можно повысить выбором оптимальных режимов механизмов, без дополнительных капиталовложений.

Для описания потоков поступающего леса и процессов первичной обработки широко используются методы теории массового обслуживания (Ш) [31 736,38-М, .

Д.Л.Дудюк [3{] описал каждую из операций однофазной системой массового обслуживания с простейшим или эрланговским входящимпотоком и экспоненциальным распределением цикла обработки. Два последовательно соединенных агрегата с гибкой связью предлагается моделировать двухфазной СМО с неограниченной очередью хлыстов перед каждой фазой, простейшими входшцими потоками и экспоненциальными циклами обработки.

Ю.А.Садовский [46] представил участок поточной линии, состоящий из агрегатов обрезки сучьев и раскряжевки с буферным устройством между ними, двухфазной системой с простейшими входящими и выходящими потоками и экспоненциальным временем циклов. Получены выражения для коэффициентов использования агрегатов.

В целях получения более полных и точных результатов при исследовании нижнескладских работ применяется имитационное моделирование .

А.К.Редькин [4/7 обобщил приближенное аналитическое решение Б. А. Севастьянова [52] технологической связи двух станков с накопителем между ними методом поэтапных расчетов для линии сМ станками. Имитационным моделированием изучено влияние колебания циклов на производительность двухизтаночной линии при одинаковых производительностях, при абсолютной надежности станков и различных вместимостях буферного накопителя.

Д.Л.Дудюк [3 $] при помощи имитационного моделирования изучал показатели линии, состоящей из ?2. агрегатов с одинаковыми циклами работы, распределенными по закону Эрланга и ?2 -/ буферными устройствами одинаковой емкости.

И.В.Турлай [М] исследовал методами ТТЛО и имитационного моделирования лесозаготовительные системы, состоящие из двух механизмов с буферным устройством между ними. Принималось, что буферное устройство и второй механизм подвержены отказам. Циклы механизмов и характеристики надежности аппроксимировались законами Эрланга. Сделаны выводы о соотношении средних циклов механизмов ио размере буферного запаса.

Э.Н.Колеватов [4 $] рассмотрел технологическую группу двух агрегатов, использовав имитационное моделирование. Здесь исследовались варианты гибкой связи установки для обрезки сучьев типа ПСЛ и раскряжевочной установки типа ПЛХ с применением буферных устройств транзитного и тупикового типа.

Е.А.Юденич [.?3] анализировал два вида связей между установкой групповой очистки деревьев от сучьев типа МСГ и слешером, посредством трехеекционного поперечного транспортера ЛТ-53 и путем использования вместо первых двух секций ЛТ-53 бункерного питателя хлыстов ЛТХ-80. Случайные величины моделировались по гистограммам, полученным путем хронометражных наблюдений за реальными потоками. Сделан вывод, что использование ЛТХ-80 повышает производительность участка «МСГ — слешер» на 15 $.

Б.Б.Субботин [54] сравнил два варианта компоновки механизма ориентации хлыстов и слешера, использовав имитационное моделирование. Случайные величины описывались гамма-распределением. Получена зависимость коэффициента использования слешера от отношения цикла ориентации к циклу раскряжевки. Показано влияние вариации циклов механизмов участка на результирующий цикл участка.

В.Н.Перепелицкий [55] описывает один из методов формализации структуры технологических процессов при создании их имитационных моделей. Производительность на каждой операции процесса в любой единичный отрезок времени принимается равной ее среднему значению.

За рубежом имитационным моделированием сравнивались лесозаготовительные системы машин [?>6] и технологические процессы [57], а также отдельно рассматривалось производство пиловочника [?8]. Здесь исследуется с применением методов теории массового обслуживания работа на лесосеке группы машин с раскряжевкой хлыстов автономными мобильными агрегатами на верхних складах или на специальных площадках у лесовозных дорог.

В других отраслях промышленности для исследования линейных многофазных систем, подобных процессу подачи хлыстов на РМУ, применяется преимущественно имитационное моделирование [$$, 60]. Аналитические методы разработаны только для некоторых особых типов систем массового обслуживания. Например, многофазная линейная система с независимой работой фаз с экспоненциальными циклами и пуасооновскими потоками рассмотрена Джексоном [6/].

Для поточных линий машиностроения, состоящих из многих последовательно и жестко связанных механизмов с постоянными циклами, Г. А. Шаумяном № 7 выведена формула коэффициента технического использованияt =—%?V C-Lгде /2 -.число механизмов— цикл Lго механизма— коэффициент использования Сго механизма-= max {^?J.

Размерно-качественные характеристики хлыстов и деревьев, в большой степени влияющие на их обработку, исследованы в работахВ.И.Алябьев приводит правила использования статистических сведений о природных условиях для моделирования показателей лесосек. Рекомендовано эти показатели моделировать при помощи гистограмм — таблиц., распределений. Установлено, что в случае необходимости распределение деревьев по ступеням толщины может быть выражено нормальным законом, а распределение хостовпо массе — логнормальным.

Г. А.Вильке [?Л] и В. С. Петровский [63] дают уравнения образующей ствола дерева в виде полиномов различной степени или уравнения параболы.

В.С.Брейтер [64] предложил методику моделирования основных параметров деревьев: диаметра на высоте груди с1^ высоты Н породы, объема ствола /с и др. Здесь предполагается, что величина распределена по логнормальному закону, а величина И — по нормальному.

Из группы теоретических работ могут быть использованы в различной степени те, в которых даются математические модели отдельных элементов процесса подачи хлыстов на ЕМУ: поступающих деревьев и хлыстов, циклов и надежности механизмов, выполняющих этот процесс.

Завершая обзор литературы, можно заключить, что методика анализа и расчета процесса подачи хлыстов на РМУ, учитывающая все основные влияющие факторы, не разработана. Отдельные частные решения получены для участков из 2−3 агрегатов и не обладают необходимой полнотой.

Недостаточно учитывается влияние на процессы размерно-качественных характеристик деревьев и хлыстов, хотя опыт говорит о значительности такого влияния.

Расчеты характерны применением упрощенных аппроксимацийреальных потоков леса простейшими, циклов операций величинами, распределенными по стандартным законам — экспоненциальному, нормальному, Эрлаяга и др.

Таким образом, задача определения эффективных параметров поперечной подачи хлыстов на РМУ в целом не решена. В данной диссертации предполагается заполнить этот пробел с учетом рассмотренных выше исследований.

2.5. Задачи и методы исследованияОбзор состояния исследуемого вопроса и работ по этой теме позволил установить, что эффективность перспективных поточных ли-.ний для первичной обработки заготовленного леса с применением раскряжевочных многопильных установок не достигает проектной величины в значительной степени из-за нерациональной подготовки и подачи хлыстов на раскряжевку.

Вопрос до сих пор изучен недостаточно, хотя в последние годы и в этом направлении выполнен ряд работ. Накоплен опыт эксплуатации потоков с РМУ. Описаны варианты технологического оборудования для подачи хлыстов на РМУ. Выявлено, что поперечная подача хлыстов при больших объемах работ экономически выгоднее комбинированной и продольной. В потоках с РМУ весьма эффективно создание межоперационных запасов деревьев, хлыстов и сортиментов поперечными транспортерами и бункерными питателями типа ЛТХ-80. Перспективны многофункциональные устройства, выполняющие 2−3 смежных операции, либо операцию и создание буферного запаса — например, шнековый ориентирующий механизм.

Разработаны математические модели размерно-качественных характеристик хлыстов и модели некоторых связей двух смежных механизмов поточной линии. Показано, что производительность раскряжевочных линий можно повысить без существенных капиталовложений выбором оптимальных режимов и компоновки механизмов. Для этого надо использовать методы математической статистики и теории вероятностей, теории массового обслуживания, а также имитационное моделирование.

Общая задача настоящего исследования: — разработка эффективных технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ на базе анализа всех основных факторов, влияющих на эффективность поперечной подачи хлыстов и оптимального синтеза значений управляемых факторов (технологических параметров).

Б диссертации технологическими режимами названы комплексы технологических параметров, которыми при определенных условиях считаются: — временные режимы работы механизмов для поперечной подачи хлыстов — циклы выполнения операций или скорости рабочих органов— способы выполнения операций, включая технологические приемы, характер обработки (поштучный или групповой), наличие и вместимость буферного устройства, вид и технико-экономические показатели применяемого механизма— технологическая структура процесса поперечной подачи хлыстов на РМУ, включающая наличие и последовательность основных операций обработки, перемещения и создания буферных запасов деревьев или хлыстов.

К факторам внешнего влияния отнесены характеристики поступающего леса и уровень организации работ потока и ремонтной службы, что выражается цростоями потока. Эти факторы в силу их значительного влияния на показатели эффективности поперечной подачи также должны оцениваться и учитываться.

Задачи разработки технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ условно можно разделить на три группы: — задачи эксплуатации, в которых могут изменяться только режимы работы механизмов— задачи реконструкции, когда могут изменяться также способы выполнения операций путем замены механизмов, выполняющих эти операции— задачи проектирования, в которых перед выбором способов выполнения операций, типов механизмов и их режимов производится поиск наиболее подходящей для данных условий структуры поперечной подачи хлыстов, а также состава и последовательности операций.

Примерное разделение факторов на неуправляемые и управляемые (технологические параметры) для задач эксплуатации, реконструкции и проектирования представлены на схеме рис. 2.3.

Общая задача разработки технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ содержит следующие частные задачи: — установление критериев эффективности поперечной подачи хлыстов на РМУ— отбор, классификация и анализ факторов, наиболее значимых для эффективности поперечной подачи хлыстов на ИЛУ— разработка математических моделей зависимости критериев эффективности от технологических параметров и неуправляемых факторов— определение для лучших действующих потоков с РМУ численных значений технологических параметров и неуправляемых факторов— определение эффективных технологических режимов для рассмотренных условий по разработанным моделям— экономическая оценка внедрения эффективных технологических режимов.

При решении поставленных задач использованы следующие методы исследований. гДля выявления, описания и анализа факторов, наиболее значимых для эффективности поперечной подачи хлыстов, применены эмпирический метод экспертных оценок, приемы систематизации и классификации.

Математические модели разрабатывались с помощью методов математической статистики, теории массового обслуживания и имитационных процедур.

Определение численных значений параметров поперечной подачиЗадачи проектированияЗадачи реконструкцииЗадачи эксплуатацииВнешние влиянияСтруктура процессаСпособы выполнения операцийРежимы работы механизмовЗначения критериев эффективностиРис.2.3. Разделение факторов, влияющих на процесс поперечной подачи хлыстов на РМ, на управ' ляемые (технологические параметры) и неутг равляемыенеуправляемые факторыуправляемые факторы (технологическиепараметры)хлыстов производилось хронометражными наблюдениями, замерами и статистической обработкой результатов, использовались автоматический хронограф и ЭВМ.

Для конкретных условий оптимальные технологические режимы находились активными экспериментами с математическими моделями поперечной подачи хлыстов на РМУ, использовались методы оптимизации и ЭВМ.

В результате решения общей задачи исследования разработаны технологические режимы, включающие следующие технологические параметры : — средние циклы выполнения операций для эксплуатируемой линии СТИ-3 и строящейся СЛ-4— скоростной параметр ориентации хлыстов для реконструкции линии ЛО-65— вместимость буферного устройства для реконструкции линии СТИ-3— способ группового выполнения операции загрузки хлыстов при эксплуатации слешера ЛО-65.

Для проектируемых потоков решение общей задачи исследования даст возможность находить наилучший состав и компоновку серийных технических средств для выполнения процесса подачи хлыстов, определять необходимые технологические характеристики вновь создаваемых технических средств для выполнения процесса, включая буферные устройства, оценивать эффективность проектируемого процесса в реальных условиях.

3. КМССИФЖАЦИЯ И АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ОПРВДЖОЩЙХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОПЕРЕЧНОЙ ПОДАЧИ ХЛЫСТОВ НА РМУ3.1. Отбор и классификация факторов, определяющих эффективность поперечной подачи хлыстов на РМУСтепень эффективности процесса измеряется одним или несколькими показателями эффективности. Показатели эффективности процесса и применяемого им технологического оборудования в силу их тесной связи близки и очень часто совпадают.

Показатели эффективности согласно требованиям, предъявляемым к процессу, разделяются на эксплуатационные (производительность в единицу времени, комплексная выработка), технические (коэффициент технического использования оборудования, энергоемкость и материалоемкость процесса), экономические (удельные приведенные затраты на производство продукции, удельные капитальные вложения, эксплуатационные затраты и др.).

Каждый из показателей эффективности зависит от группы факторов. Поскольку показатели эффективности могут быть связаны между собой, то и какой-либо один фактор может влиять на несколько показателей эффективности.

При расчетах основным показателем эффективности следует считать производительность в единицу времени, поскольку, во-первых, этот показатель в большой группе задач является единственнымво-вторых, от него зависит множество других показателей? ЗЪЩЦМ]-.- производительность труда (выработка на одного работника вгод) — удельная себестоимость работ— удельные капиталовложения— удельная установленная мощность— удельная энергоемкость— удельная металлоемкость.

При определении групп факторов, влияющих на показатели эффективности поперечной подачи хлыстов на ШУ, трудности возникли именно для этого показателя. Они были преодолены проведением экспертного опроса компетентных специалистов.

Экспертам было предложено установить относительную значимость влияния на производительность процесса поперечной подачи восьми факторов, включающих цикловые и скоростные характеристики технологического оборудования, частоту и продолжительность простоев оборудования по различным причинам, размерно-качественные характеристики обрабатываемого леса, а также погодные условия. Форма анкеты этого опроса дана в приложении I. Всего было обработано 30 анкет. Степень согласия экспертов проверялась по коэффициенту кон-кордации [66] который был равен 0,62 и оказался значимым при уровне значимости 0,05. Было установлено, что наибольшую значимость имеют цикловые и скоростные характеристики механизмов, а также уровень организации работ. Фактор «погодные условия» незначительно влияет на производительность и может быть исключен из рассмотрения.

Процесс поперечной подачи хлыстов на РМУ состоит из определенных операций, последовательно связанных в заданном порядке. На выполнение операций воздействуют внешние факторы — управляющие, организационные и характеристики обрабатываемого леса. Поэтому при анализе факторов их совокупность может быть разделена на три основные части.

А. Факторы наличия и связи операций в процессе — состав и последовательность операций.

Б. Факторы, относящиеся к конкретным операциям процесса. Они зависят от способа выполнения операции и типа применяемого для этого механизма. Этими факторами являются: цикловые и скоростные характеристики рабочего органа механизма, наличие и вместимость буферного устройства, размеры рабочих зон механизма, его надежность, расход электроэнергии и ГСМ, масса и стоимость механизма с околостаночным оборудованием и сооружениями.

В. Факторы внешнего воздействия — способы управления процессомуровень организации работ, включающий количество основных и вспомогательных работников, оплату их труда, возможности операторов управлять процессом, частоту и продолжительность простоев по организационным причинамразмерно-качественные характеристики поступающего леса.

Каждый из факторов численно оценивается одним или несколькими параметрами. Например, надежность механизма может быть задана частотой и продолжительностью отказов этого механизмавозможности оператора по управлению процессом — количеством управляющих команд, которые он способен выдать в единицу времениразмерно-качественные характеристики поступающего леса — породным составом, а также количеством фаутных деревьев или хлыстов, их диаметрами в комле и длинами по каждой породе. Более подробно параметры и формы их представления при анализе процесса будут описаны в глав, е 4 а методы их экспериментального определения — в главе 5.

В настоящей главе по каждой из трех групп факторов на основе опытных сведений проводятся классификация и сравнительный анализ влияния факторов на процесс поперечной подачи хлыстов на РМУ.

3.2. Анализ состава и последовательности операций в процессеПервым из основных факторов, определяющих эффективность подачи хлыстов на РМУ, являются состав и последовательность операций, то есть технологическая структура процесса, которая в общем виде может быть представлена схемой на рис. 3.1.

Смысл операций «подача на обработку», «обрезка сучьев» и «раскряжевка» ясен из их названия. Первая из них — это перемести-тельная операция, две остальные — обрабатывающие. Друтие операции являются вспомогательными. Однако они необходимы для упорядочения и подготовки потока хлыстов к раскряжевке.

Разделение хлыстов — операция, располагающая хлысты щетыо в один ряд осями перпендикулярно к направлению их перемещения. Таким образом ликвидируются неустойчивые положения хлыстов — кост-рения и зависания.

Для удобства дальнейшей обработки иногда создается разреженная щеть, в которой хлысты разделены промежутками.

Ориентация хлыста — перемещение его вдоль собственной оси, чтобы обеспечить совпадение намечаемой плоскости первого от комля пропила и плоскости диска какой-либо (чаще комлевой) пилы РМЗГ. Ориентация обеспечивает необходимый размер откомлевки данного хлыста, а также иногда (для так называемого визуально-константного метода ?3]) определяет программу раскряжевки.

Загрузка хлыстов — выдача их определенными порциями — группами в ячейки подающего транспортера РМУ или буферного устройства. Количество хлыстов, их размеры и расположение в каждой ячейке должны обеспечивать нормальную раскряжевку — без зажимов пил и косорезов.

Между смежными операциями могут создаваться буферные запасы хлыстов, в некоторой степени компенсирующие неравномерность поступления и обработки хлыстов. Межоперационные запасы деревьев не предусматриваются вследствие их малой эффективности и трудности обслуживания.

Таким образом, процесс поперечной подачи хлыстов на РМУ можно считать состоящим из подачи в обработку, обрезки сучьев, разРис.3.1. Технологическая схема процесса поперечной подачи хлнстов на РМУделения хлыстов, их ориентации, загрузки, раскряжевки и четырех операций создания и обслуживания буферных запасов хлыстов. Последние 4 операции могут отсутствовать. Кроме того, для процессов обработки хлыстов отсутствует обрезка сучьев. Следовательно, структура процесса состоит из 5 неизменяемых элементов — всегда присутствующих операций и 5 изменяемых элементов — необязательных операций. с:Отсюда общее число различных. схем процесса равно 2- 32, из которых 16 относятся к процессу обработки деревьев, а остальные 16 — к процессу обработки хлыстов.

На табл.3.1 показаны схемы процесса, реализованные к настоящему времени в действующих и проектируемых полуавтоматических поточных линиях по первичной обработке заготовленного леса. Из этой таблицы видно, что в 13 линиях реализовано 7 схем процесса, из них 3 — для обработки деревьев и 4 — для обработки хлыстов.

Обозначив для каждого изменяемого элемента его наличие символом I, а отсутствие — символом 0, получим возможность каждую схему процесса закодировать двоичным числом вида и, где каждое С, равно либо I, либо 0. Например, процесс подачи хлыстов на РМУ для линии Л0−65 Игирминского ЛПХ имеет структуру с кодом ЮНО. Это означает, что из альтернативных операций присутствуют обрезка сучьев и операции по созданию буферных запасов перед ориентацией и загрузкой. Такое кодирование позволяет отличить структуры процесса, что очень важно при поиске оптимального варианта процесса.

6о So| Рн f tIк к о w cd CD8Ттю 1н о К о Рч CDОО Pi «н1 Я 1» PiМаркадарк РМУНазвание леспромхозаОCD01000ПяозерскийОтрадновскийТихвинскийС=>с=з1 100ЛО-26 ЛО-35Предивинский КарабульскийО<�П>-d>СГЭ10 100МР-8Крестецкий<=ЭIII00СТЙ-2 СТИ-3ШамарскийЧернореченскийБольшемуртинскийг) — наличие операции по созданию буферного запаса- | I — наличие обрабатывающей или переместительной операциикоторых может выполнять несколько смежных операций, включая и создание буферного запаса.

Выбор той или иной схемы подачи хлыстов на РМУ должен проводиться с учетом всех известных условий для каждой конкретной задачи. Методика такого выбора рассматривается в главе 4.

3.3. Анализ факторов. влияющих на операции поперечной подачи хлыстов на РМУК важнейшим условиям, определяющим процесс подачи хлыстов на РМУ, кроме структуры процесса, следует отнести варианты или способы выполнения операций, включая сюда и типы механизмов для этих операций. Заметим, что наиболее перспективными являются способы выполнения операций, позволяющие совместить выполнение одновременно нескольких смежных операцийнапример, разделение и ориентацию, создание буферного запаса и загрузку.

Рассмотрим для каждой операции процесса возможные способы ее выполнения.

Подача предметов труда на обработку. Классификация вариантов подачи деревьев или хлыстов на обработку показана в виде графа табл.3.2.

Здесь и в следующих параграфах классификация определена признаками, каждый из которых имеет несколько значений. Например, для классификационной схемы в табл. 3.2 признак «вид подачи» имеет два значения — «только с лесовозного транспорта» и «с лесовозного транспорта и из запаса». Значения в основном являются взаимно исключающими друг друга, но иногда они могут и сочетаться. Внутри каждого признака они пронумерованы.

Каждая из вершин графа, изображающего классификационную схему, соответствует одному из значений какого-либо признака.

Каждый вариант подачи представим как путь в этом графе, который начинается в самой верхней вершине графа и заканчивается вкакой-либо из нижних. Он может быть закодирован последователь' ' уностыо символов вида ¿-у — —. — где С^ - номер значения ^ -го признака, К — количество признаков. Например, подача с лесовоза или из запаса мостовым краном с грейферным захватом будет иметь код 2−3-1−1.

Таблица 3.2Схема вариантов подачи деревьев или хлыстовна обработкуПризнак Значение признака Граф классификации КодВид подачи Только с лесовоза IС лесовоза или из запаса 2Тип механизма Устройство типа РРУ IАвтопогрузчик 2Кран 3Констр. захвата Грейферный захват IСтропный захват /1 ь 2Тип крана Мостовой IКозловой 2Конеольно-кОЗЛОБОЙ (Ь о 3Применение устройств типа РРУ ограничено в силу ряда условий, главным из которых является невозможность подачи из запаса.

Из остальных механизмов краны предпочтительнее автопогрузчиков вследствие возможности создавать большие запасы предметов обработки перед подачей на линию, а также из-за более высокой надежности и меньшей энергоемкости.

Из кранов более перспективными являются козловые и консоль-но-козловые, как более дешевые. Например, кран козлового типа К-305Н стоит 28,7 тыс. руб., а мостового типа К-20/5 — 88,5 тыс. руб. [3] при одинаковой производительности.

Краны должны быть оснащены грейферами, так как использование стройных захватов снижает производительность, увеличивает численность обслуживающего персонала, а также нежелательно по условиям техники безопасности.

Обрезка сучьев. Для поточных линий с поперечной подачей хлыстов на РМУ в настоящее время не существует механизма, способного производить обрезку сучьев в достаточных объемах и с удовлетворительным качеством.

Механизмы для поштучной обрезки сучьев обеспечивают хорошее качество обработки. Однако они малопроизводительны, а попытки использовать на этой операции несколько подобных устройств, как указывалось в гл. 2, не оправдались. Кроме того, такие механизмы плохо согласуются с поперечным движением предметов обработки.

Для групповой обработки деревьев существует только одна машина с незначительными модификациями — МСГ, которая, хотя и обладает высокой производительностью, не удовлетворяет требованиям качественной обрезки сучьев, в частности, требованиям ГОСТ.

Разделение хлыстов. Разделение хлыстов на поточных линиях с поперечной подачей может осуществляться следующими механизмами: а) устройствами типа РРУ-б) на стыке двух поперечных транспортеров, движущихся с разной скоростью-в) устройством бункерного типа (например, ЛТХ-80)-г) манипулятором.

Наиболее перспективным является устройство типа ЛТХ-80, обеспечивающее надежное разобщение хлыстов, а также дополнительно выполняющего операцию по созданию и обслуживанию буферного межоперационного запаса хлыстов.

Ориентация хлыстов. Классификация вариантов ориентации показана в табл.3.3.

Таблица 3.3Схема вариантов ориентации хлыстовПризнак Значение признака Граф классификации КодВид ориентации Только по комлевой пиле IПо разным пилам 2Тип механизма Шнековые ролики IПродольный цепной 2Продольный роликовый 3Манипулятор 4Наличие упоров Вид упора Неподвижный V IПодвижный 4 ^ 1) о 2Несколько выдвижных 3Существует две группы вариантов ориентации — только по комлевой пиле или по нескольким пилам. Каждый из этих видов ориентации соответствует оцределенному методу раскряжевки: первый — обезличенному методу, а второй — так называемому визуально-константному методу [3].

В настоящее время более широкое распространение получил обезличенный метод раскряжевки, а вместе с ним — ориентация только по комлевой пиле. Эти же способы предполагается использовать и во вновь создаваемых поточных линиях по первичной обработке заготовленного леса в поперечной подачей.

Следующим отличительным признаком является тип ориентирующего механизма. Ориентация по нескольким пилам может производиться только продольными транспортерами, а по комлевой пиле — ориентирующим устройством любого типа.

Для более перспективного метода обезличенной раскряжевки самым подходящим представляется ориентирующий механизм на базе винтовых роликов, имеющий ряд важных достоинств, а именно: а) непрерывный режим работы, обеспечивающий малую продолжительность ориентации одного хлыста-б) возможность одновременной обработки нескольких хлыстов, что можно рассматривать как создание перед ориентацией буферного запаса на несколько хлыстов-в) возможность использования этого механизма с небольшой модификацией для поштучной или групповой (дат мелких хлыстов) загрузки ориентированных хлыстов в ячейки подающего транспортера РМУ или буферного устройства [6?].

Дополнительными признаками способов ориентации служат наличие и вид упоров для более точной остановки хлыста при его осевом перемещении во время ориентации. Могут использоваться одновременно несколько упоров различного вида. Наиболее часто используется самый простой вид — неподвижный упор или стенка, ограничивающая величину откомлевки.

Загрузка хлыстов. Классификация вариантов загрузки показана на графе табл.3.4.

Таблица 3.4Схема вариантов загрузки хлыстов" Признак Значение признака Граф классификации КодВид движения рабочего органа Произвольный IПо окружности 2По прямой 3Наличие холостого хода С холостым ходом IБез холостого хода 2 В какой плоскости движется рабочий орган В вертикальной 6 с) / IВ горизонтальной С Ь о 2 В наклонной 3Для загрузки с произвольным движением рабочего органа используется манипулятор. Наиболее часто применяются поперечные транспортеры (вариант 3−2-2), создающие также и буферные запасы. Они могут снабжаться передерживающими механизмами (вариант 2−1-1). Если для ориентации используются шнековые ролики, то загрузочным устройством может служить насадка-лепесток на рожке 167].

Раскряжевка хлыстов. Классификация вариантов раскряжевки показана на табл.3.5.

Таблица 3.5Схема вариантов раскряжевки хлыстовПризнак Значение признака Граф клас зификации 1 КодВид надвигания Хлыста на пилы, неподвижные в плоскости пиления IХлыста на пилы, подвижные в плоскости пиления 2Пил на хлыст 3Возможность осевого перемещения пил Нет осевого перемещения IЕсть осевое перемещение 2Характер скорости надвигания Скорость постоянна IСкорость переменна 2Возможность перемещения пил в плоскости пиления позволяет увеличить число программ раскряжевки Нгь «которое можно определить по формуленл = г, где П — количество перемещаемых пил.

К недостаткам относятся усложнение ИЛУ и управления этой установкой, усложнение схемы отбора от ИДУ выпиленных сортиментов, увеличение металлои энергоемкости РМУ.

Возможность осевого перемещения пил также позволяет увеличить число программ раскряжевки, которое определяется по формулеК где ПЪ — количество возможных длин сортиментов-Ги — количество перемещаемых пил.

При этом появляется возможность реализации программы раскроя, близкой к оптимальной, подобно однопилъным раскряжевочным установкам с продольной подачей хлыстов. Например, при /72 = 10 и /1 = 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 [24] 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 1−1-2) [2]. 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 1−1-1 и 1−1-2). Остальные РМУ относят к триммерам. Некоторые авторы считают более удобным называть слешерами все РМУ с надвиганием хлыста на пилы (варианты 1−1-1, 1−1-2, 2−1-1, 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.

Как следует из параграфа 3.2, в процессе загрузки РМУ могутсоздаваться буферные запасы четырех видов сырья — неразделенных хлыстов, разделенных, ориентированных и загруженных хлыстов.

Для 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, осуществлявший также и разделение.

Для загруженных хлыстов перспективен ячейковый поперечный транспортер с таким же размером ячейки, как у подающего транспортера РЖ и с возможностью синхронизации работы этих транспортеров.

3.4. Анализ внешних воздействий на процесс поперечной подачи хлыстов на РМУБольшое 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 пода^й хлыстов цроизводится 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 ¿-У^/. Ее действие заключается в следующем. При наступлении зажима пилы подающий транспортер РМУ (ПТР) 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.

Наиболее отработаны системы определения программы раскряжевки и ее реализации. Способы определения и назначения программы показаны в табл.3.7.

Таблица 3.7 Схема вариантов управления раскряжевкойПризнак Значение признака Граф классификации 1 КодКоличество возможных программ Одна программа о^ IМного программ 2Определение подходящей программы Визуальное с Г ^ IС помощью датчиков 2Назначение программы Вручную, А А IАвтоматически / А 6 2Способ назначения программы Управлением механизмами с/ А IВыбором стандартной программы С 2Возможность программной раскряжевки определяется применением визуально-константного или программного методов раскряжевки. Для первого из этих методов реализация программы производится ориентацией комля хлыста на определенную пилу РМУ. Второй метод предполагает перемещение пил.

Программа раскряжевки определяется либо визуально оператором, либо автоматически с помощью датчиков диаметров хлыста в некоторых его точках, его длины, а также наленной и внутренних гнилей.

Назначается программа либо автоматически, либо оператором. В последнем случае возможны оба способа — ручное управление механизмами или выбор и команда к выполнению одной из имеющихся в запоминающем устройстве стандартных программ раскряжевки, после чего управление механизмами происходит автоматически.

Автоматизация управления процессом загрузки РМУ с поперечной подачей будет в перспективе расширяться по мере создания и развития АСУТП нижних лесных складов.

Организация процесса. К организационным факторам, влияющим на процесс подачи хлыстов на РМУ, относятся следующие: а) уровень организации и дисциплины труда обслуживающего персонала — операторов раскряжевочной линии, вспомогательных рабочих, ремонтной службы-б) уровень квалификации обслуживающего персонала, включая скорость переработки информации оператором-в) уровень снабжения производственного процесса заготовленным лесом и энергоресурсами.

Влияние на процесс подачи хлыстов на РМУ организационных факторов весьма велико. Наблюдения за работой линии с РМУ показали, что простои по организационным причинам составляют от 17 до 40 $ общего рабочего времени [3, 6 $].

Зачастую такие простои связаны с отказами оборудования. Если плохо организована ремонтная служба, то при наступлении отказа много времени тратится на подготовку ремонта — поиск инструментов, материалов или изготовление запчастей.

Иногда неудовлетворительно организована связь поперечной подачи хлыстов на РМУ с предшествующими и последующими процессами первичной обработки заготовленного леса. Например, в декабре 1979 г. простои линии ЛО-65 Игирминского ЛПХ только из-за отсутствия автопогрузчика, предназначенного для отгрузки сортиментов от РМУ, составили в среднем 22% общего рабочего времени.

Почти полное отсутствие закономерностей проявления этих факторов затрудняет их оценку и прогнозирование. Эти осложнения могут быть преодолены применением статистического моделирования характеристик указанных факторов по данным наблюдений.

Характеристики заготовленного леса. Характеристики поступающих в обработку деревьев или хлыстов оказывают большое влияние на процесс поперечной подачи хлыстов на РМУ.

Раскряжевка на РМУ фаутных и хлыстов лиственных пород затруднена и приводит к снижению качества деловых сортиментов. Поэтому такие хлысты или деревья перед подачей на обработку должны отсортировываться. То же относится и к крупномерным хлыстам хвойных пород.

Размеры пильных дисков и мощности привода пил ограничивают максимальный диаметр пропила. Попытки раскряжевки хлыстов, размеры которых превышают установленные границы, приводят к недопилам, к снижению качества сортиментов, увеличивают износ и простои механизмов. Например, наблюдениями за работой слешерной линии СТИ-3 Болыпемуртинского ЛПХ установлено, что при доле таких хлыстов в общей массе поступающего сырья, равной 2,7 $. доля простоев из-за зажимов пил такими хлыстами составила 43 $ всех простоевиз-за зажимов пил [Z0]. Это говорит о том, что средняя продолжительность простоя из-за зажима крупномерного хлыста в 27 раз больше аналогичного показателя для хлыста средних размеров. В настоящее время проводятся работы по обеспечению раскряжевки на РМУ и крупномерных хлыстов [70].

Размеры и порода хлыстов влияют на выбор того или иного способа выполнения операции, особенно на типы механизмов и режимы их работы.

Циклы обработки деревьев или хлыстов также зависят от их размерно-качественных характеристик. На рис. 5.6 показан пример такой зависимости: влияние объема хлыста на циклы ориентации и загрузки хлыста на слешер СТИ-3 Болыпемуртинского ЛПХ [20].

И, наконец, обсуждаемые характеристики хлыстов определяют объем и качество полученных из них сортиментов, то есть прямо воздействуют на производительность и другие параметры эффективности процесса подачи хлыстов на РЖ.

Кратко сформулируем выводы по главе.

Факторы, влияющие на поперечную подачу хлыстов, составляют три группы.

Первая группа — наличие и последовательность операций, т. е. структура процесса. Поперечная подача хлыстов в общем состоит из 10 последовательно выполняемых операций, из которых 5 присутствуют всегда (подача леса в обработку, разделение, ориентация, загрузка и раскряжевка), а другие 5 могут отсутствовать (обрезка сучьев и создание буферных запасов). В настоящее время на 13 поточных линиях реализовано 7 схем из 32 возможных.

Вторая группа — факторы, непосредственно определяющие операциив конечном счете они зависят от типа применяемого механизма. Наиболее перспективными типами механизмов представляются: — для подачи леса в обработку — козловые и мостовые краны— для разделения хлыстов — бункерные питатели— для ориентации хлыстов по комлевой пиле — шнековые поперечные транспортеры— для раскряжевки — РМУ с неподвижными пилами и надвиганием на них хлыстов (слешеры) — для создания межоперационных запасов — бункерные устройства.

Третья группа — факторы внешнего воздействия, как незави-. симые от воли людей — характеристики поступающего леса, так и непосредственно с ней связанные — уровень организации работы потока и ремонтной службы. Эти факторы не являются управляемыми при исследовании технологии, но они непосредственно влияют на эффективность поперечной подачи в целом и ее отдельных технологических решений.

4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПОПЕРЕЧНОЙ ПОДАЧИ ХЛЫСТОВ НА РМУ4.1. Обобщенная модель поперечной подачи хлыстов на РМУПроцесс поперечной подачи хлыстов на РМУ, как и любой производственный процесс, можно считать сложной системой. Подсистемы здесь — отдельные операции, составляющие этот процесс. Эти операции выполняются последовательно, поэтому процесс относится к виду систем с последовательной связью мевду подсистемами.

Определяя эту систему более конкретно, можно рассматривать ее как систему массового обслуживания. В ней отдельные операции и технологическое оборудование для них являются фазами, предметы обработки — деревья или хлысты — требованиями. Обслуживание — выполнение какой-либо из операций процесса.

Каждая фаза А[ характеризуется интенсивностью обслуживания (в общем зависящей от вектора параметров хлыста или дерева оС), потоком отказов механизмов, выполняющих Ью операцию, с интенсивностью ¡-^с потоком восстановления работоспособности оборудования Iй фазы с интенсивностью • Кроме того, важной характеристикой является максимально возможное число хлыстов, одновременно находящихся на обслуживании в данной фазе. Обозначим этот параметр символом ^ и назовем его емкостью накопителя фазы /4/.

Внешние воздействия учитываются фазой Ар представляющей внешнюю среду. Здесь возникают потоки отказов всей системы с интенсивностью ¡-1о и восстановлением работоспособности с интенсивностью Уо • Отсюда в обработку поступают деревья илихлысты, сюда в виде сортиментов выдаются раскряжеванные хлысты.

Интенсивность потока хлыстов, выходящего из фазы А^ -функция. (4.1)Считаем, что о ^) то есть во внешней среде имеется неограниченный запас деревьев или хлыстов, которые в любой момент могут подаваться на обработку. Это обычно и наблюдается в реальных системах — существует гарантийный запас хлыстов или деревьев, который расходуется в перерывы поступления заготовленного леса. В противном случае задержки из-за отсутствия леса можно учесть параметрами отказов внешней среды[?о и у0 •Каждая из фаз связана только с предыдущей и последующей фазами, поэтому поток хлыстов является однолинейным.

Процесс поперечной подачи хлыстов на РМУ как систему массового обслуживания можно представить граф-системой на рис. 4.1.

Один из основных показателей работы рассматриваемого процесса — интенсивность 2 выходящего из системы потока раскряжеванных хлыстов — сортиментов. Эта характеристика является в то же время интенсивностью выходящего из Мй, последнейфазы потока сортиментов. Она называется абсолютной пропускной способностью системы.

Каждая из фаз в какой-либо момент времени может находиться в одном из следующих состояний1) $' (АС) — • в Фазе нет хлыстов, она цростаивает в ожидании окончания подачи хлыстов с предыдущей фазы А¿—<1 •2)? (А ?) -. В фазе имеются хлысты, она работает, может принимать и выдавать хлысты.

3)>У (/Iс) > В фазе есть хлысты, но выдавать ихРис.4.1. Граф системы массового обслуживания, представляющей процесс поперечной подачи хлыстов на ШУI*она не может из-за неготовности следующей, -й фазы, аспособна только принимать новые хлысты, поступающие сйфазы. В случае, когда фаза не относится к созданию буферного запаса, это состояние будем считать простоем из-за фазыАсн •4)^Г (Ас), Фаза занята хлыстами, не можетих ни принимать, ни выдавать из-за неготовности фазы //?V/. Это состояние считается простоем из-за |азы ^ -||. I' 5) ¿-(АО Фаза 4/ простаивает по собственным10ПИВСШ Ш ШШНШбОШШ щганн.

6) $?) Вбя система, включая $азу Л/ простаивает по общим причинам — например, отсутствие электроэнергии или операторов.

Граф состояний каждой фазы изображен на рис. 4.2.' 61(и У// (и 1—Зт*Л§/ —©-Рис.4.2. Граф состояний фазы СМО, процесс поперечной подачиДля фазы, А ^ отсутствуют СОСТОЯНИЯ И а!)^ а для фазы Ам отсутствует состояние лГ^.

Граф состояний накопителя фазы при поштучной обработке хлыстов представлен на рис. 4.3.

62а'гО!Рис.4.3. Граф состояний накопителя фазы при поштучнойобработке хлыстов «Из состояния ^ накопитель фазы переходит в состояние1 если выполняется событие: выдача хлыста из данной фазы на следующуюи в состояние ^ + { если осуществляется событие Еу: поступление хлыста из предыдущей фазы.

Для фаз групповой обработки возможны и переходы вида ^'/с -" •из состояния в состояние /С, Циклы обработки хлыста, продолжительности простоев фаз по различным причинам, размерно-качественные характеристики хлыстов — это случайные величины. Многие из законов распределения этих случайных величин установлены исследованиями, проведенными В. И. Алябьевым ?40], А. К. Редькиным [-38- 4/], И. В. Турлаем 4] и др.

Определено, что стационарные (т.е. имеющие устойчивые статистические характеристики) потоки хлыстов можно считать простейшими, или, более точно, эрланговскими. Продолжительности циклов обработки хлыста и простоев фаз по техническим и технологическим причинам могут быть описаны гамма-распределением или усеченным нормальным распределением. Число хлыстов или деревьев впачке, подаваемой с лесовоза или из запаса в обработку, подчиняется закону Пуассона. Размерные характеристики хлыстов с достаточной точностью выражаются нормальным и логнормальным законами распределения.

Таким образом, процесс поперечной подачи хлыстов на РМУ можно представить многофазной однолинейной системой массового обслуживания с ожиданием, игл еще й характеристики, описываемые случайными величинами с различными законами распределения.

Такие системы пока не поддаются аналитическим методам исследования. Из этого положения существует два выхода.

Первый предполагает исследование системы с помощью имитационного моделирования. Методы такого исследования поперечной подачи хлыстов на РМУ будут приведены в 4.5.

Второй выход — упростить описание процесса как системы массового обслуживания, оставив лишь несколько основных характеристик. Такая система должна быть доступна для исследования аналитическими методами. Некоторые из таких методов разработаны в 4.3.

Промежуточное положение между аналитическими и имитационными моделями занимают математические модели на основе агрега-тивных систем, которые служат аналитическим фундаментом имитационной модели поперечной подачи хлыстов на РМУ. Эти модели описаны в 4.4.

Ддя построения и использования математических моделей нужно разработать методы поиска оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов, цровести выбор критериев эффективности и методов оптимизации.

4.2. Определение методов поиска оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ4.2.1. Определение критериев эффективности поперечной подачи хлыстов на РМУВ 3.1 показатели эффективности поперечной подачи хлыстов на РМУ разделены на три группы: эксплуатационные, технические, экономические. В соответствии с этим и согласно идля оптимизации технологических режимов этого процесса применены следущие критерии. Эксплуатационные: а) часовая производительностьПч = П*/Ч (4.2)М'3.где «общий объем обработанного леса, Т — время работы, с-б) сменная производительностьПсм'^Ч- ¿-с* Мс», (4.3)где ¿-сл/ - продолжительность рабочей смены, ч-в) комплексная выработка за сменуV = Псм (4.4)Гс Псгде А-с — общее число рабочих, занятых в процессе.

Величины 4, — т0, кц. Л Л Л" % А, входят в состав исходных данных модели процесса, а значенияТ7, Р ^ ^хл^яч — результат моделирования очередного варианта процесса.

Оценка эффективности по одному критерию часто бывает недостаточной. Для многокритериальной оценки используют два способа.

При первом проводится предварительная ранжировка критериев по их важности. Каждому критерию назначается некоторый интервал допустимого отклонения от экстремального значения. Более эффективным из вариантов считается тот, значение главного критерия для которого выше с учетом допустимых отклонений. В случае равенства значений главных критериев сравниваются следующие по рангу и т. д.

Второй способ — формирование комплексного критерия. Здесьгвклад? -го частного критерия выражается весовым коэффициентомЗначение комплексного критерия: п.^? (4.13)где /2- - число частных критериев— значение частного критерия для данного варианта процессаКо1 — то же для начального, исходного варианта. Если ^ ' «то Лвыражает эффективность нового варианта процесса относительно эффективности исходного варианта, принятой за I.

Наш для оптимизации выбран второй способ, не требующий назначения и контроля допустимых интервалов изменения величины каждого критерия.

В других случаях применяются численные методы, использующие ЭВМ или другую счетную технику. Для 1−2 технологических параметров приближенное решение может быть получено графически по эмпирическим кривым целевой функции. Когда технологических параметров больше и они дискретны, т. е. каждый из них может принимать одно из нескольких фиксированных значений, решение задачи (4.14) сводится к перебору всех значений X «удовлетворяющих ограничениям с оценкой каждого технологического режима по критерию К,.

Этот способ применим и для оптимизации технологических режимов с непрерывным характером изменения. Для этого достаточнообласть определения такого режима разбить (квантовать) с нужной частотой на интервалы, внутри которых режим фиксирован на одном уровне.

Заметим, что во многих случаях (например, при монотонности целевой функции) экстремум /•" достигается на границе ее области определения, заданной функциями — соответствующие граничные значения технологических параметров являются оптимальными.

Оценим максимально возможное число технологических режимов поперечной подачи хлыстов для разных методов перебора.

Наиболее простым из методов перебора следует считать метод сканирования, или полного перебора.

Как показано в 2*5, технологическими параметрами поперечной подачи хлыстов могут быть структура этого процесса, способ выполнения операции, тип применяемого механизма, режим работы механизма. Они подчиняются иерархической схеме (рис. 4.4). Здесь показано, что в общем случае каждая структура состоит из М операцийкаждая операция может быть выполнена одним из способовкаждый из способов предполагает совместное использование А^у механизмовкаждый механизм может работать в одном из /2//^ режимов.

В этом случае необходимое число исследуемых технологических режимов равно Шх/С = (4.18)с год ({-е.- 9<�Г>где J — вероятность попадания технологического режима в зону оптимальных параметров-? — относительный размер зоны оптимальных параметров в области поиска, т. е. точность оптимизации.

Методы планирования экспериментов в сочетании с движением по градиенту также значительно сокращают число испытуемых вариантов. Однако их использование предполагает сложную подготовительную работу по созданию, проверке и уточнению аналитической модели поверхности отклика и требует вмешательства экспериментатора в ход моделирования.

Более подходящим является один из методов направленного поиска — пошаговый метод Пауэлла [73], сочетающий простоту с быстрой сходимостью. Основное в этом методе — наличие информации о поведении целевой функции, позволяющей для каждого технологического режима, полученного очередным шагом изменения технологических параметров, определять наиболее выгодное направление следующего шага.

Для рассмотренной ниже (в 4.4) имитационной модели И2. такойинформацией служат величины простоев последней фазы Ам (раскряжевки) из-за недостаточной интенсивности работы каждой из предыдущих фаз и из-за недостаточной надежности этих фаз — и V// соответственно, ПустьГпр. тх в { &, VI/- -.М-Г}9н (4. 19) а / - номер фазы, из-за которой произошли простои РМУ в размеТре / пр. тах.

Тогда изменение параметров фазы А^ для увеличения интенсивности ее работы или ее надежности будет устранять «узкое место» процесса, что означает шаг по направлению к оптимальному технологическому режиму (покоординатный подъем).

Если такой шаг не может быть сделан, т.к. значение технологического параметра достигло установленного для него предела, то в качестве ТПр, тах берется следующая по убыванию величина из оставшихся значений и и/г.

Поиск наилучшего технологического режима заканчивается, когда ни одно из изменений технологических параметров не приводит к увеличению значений основного и дополнительных критериев эффективности, либо такие изменения невозможны.

В методе направленного поиска проводится не параллельная, как в методе полного перебора, а последовательная оптимизация нескольких технологических параметров. Поэтому максимальное число вариантов определяется здесь не произведением, а суммой чисел уровней квантования каждого параметра.

При использовании ЭВМ методы оптимизации выражены оптимизирующими алгоритмами. На рис. 4.5 приведена блок-схема алгоритмаДаИзменение соответствующих параметров фазы| нет ^ Конец^Рис.4.5. Блок-схема алгоритма оптимизации технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ методом направленного поискадля оптимизации технологических режимов поперечной подачи хлыстов на ИЛУ методом направленного поиска.

В заключение коротко отметим место в настоящей работе математических моделей и методов оптимизации.

Для предварительной оптимизации одного-двух технологических параметров (интенсивности подачи хлыстов на РМУ, вместимости буферного устройства перед РМУ) по одному критерию (пропускная способность потока или коэффициент загрузки РМУ) разработаны аналитические модели на основе функциональных соотношений теории массового обслуживания (§ 4.3). Ввиду монотонности целевых функций здесь оптимум находится по предельным значениям технологических параметровон определяется графически путем построения эмпирической кривой' целевой функции.

С лучшей точностью получена зависимость производительности потока от цикла подачи хлыстов на РМУ и вместимости буферного устройства перед РМУ с учетом простоев различного характера и характеристик поступающего леса как случайных величин. Это было достигнуто применением простой имитационной модели Я/ (конец § 4.5). Оптимизационный алгоритм для этого случая основан на методе сканирования, или полного перебора.

Наиболее мощной из математических моделей, построенных в ходе данной работы, является имитационная модель ИZ (? 4.5). Она позволяет разрабатывать цикловые, скоростные параметры механизмов потока, вместимости буферных устройств по восьми главным критериям эффективности с учетом всех основных влияющих факторов. Здесь для оптимизации применен пошаговый метод направленного поиска.

На рис. 4.6 показано применение математических моделей для разработки технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ типа «слешер» и «триммер» .

РЖ типа «слешер» РМУ типаАналитические моделиИмитационные модели-осп>Рис.4.6Применение математических моделей для разработки технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ4.3. Аналитические модели поперечной подачи хлыстов на РМУАналитические модели поперечной подачи хлыстов на РМУ в основном являются однофазными системами массового обслуживания с ожиданием (рис. 4.7).

ТТРМУвходящий раскряжевка поток хлыстов поток сортиментовРис.4.7. Структура однофазной СМО, представляющей процесс поперечной подачи хлыстов на РМУТакие модели можно использовать для некоторых предварительных оценок эффективности процесса, не требующих высокой точности.

Предполагается, что входящие потоки хлыстов в этих моделях стационарны, а интенсивность поступления хлыстов в установившемся режиме меньше интенсивности раскряжевки.

Напомним, что для удобства РМУ с надвиганием хлыста на пилы считаем слешерами, а все остальные — триммерами.

Модели для поперечной подачи хлыстов на триммер обозначены индексами Т1 и Т2, а для подачи на слешер — С1 и С2.

4.3.1. Аналитические модели поперечной подачи хлыстов на триммерМодель Т1. Пусть цикл раскряжевки на триммере распределенпо экспоненциальному закону с параметром // входящий потокхлыстов подчиняется закону Пуассона с параметром Л передтриммером имеется буферный накопитель хлыстов емкостью /2 штук (рис. 4.8).

Модель С1. На слешер с постоянным циклом раскряжевки поступает поток хлыстов (рис. 4.II).

СЛЕШЕРЛ81Рис.4.II. Схема однофазной СМО для случая раскряжевки на слешере: модели С1+С4Раскряжевка поштучная, т. е. между упоров подающего транспортера укладывается не более одного хлыста.

Рассмотрим некоторые частные случаи модели С1 (С2*С4).

Модель С2. Большинство встречающихся на практике одновершинных распределений, как уже упоминалось, могут быть представлены нормальным законом распределения. Для него^ (4.40)где^Р (х) — интегральная функция распределения стандартной нормальной случайной величины-?/ь — среднее значение цикла подачи— среднее квадратичное отклонение цикла подачи.

Показатели эффективности системы будем считать коэффициент загрузки слешера. В данном случае это среднее число хлыстов, попадающих в ячейку, образованную упорами подающего транспортера слешера: у N. 1 «Ияч/уСС/1Kl 17 г. (4.45)tn, mРис. 4.12. Схема однофазной СМО для случая раскряжевки хлыстов на слешере: модель С5Поток Эрланга порядка WI может быть получен из пуассоно-вского учетом только каждого (rrt + f) -го требования.

С другой стороны, для фиксированного при увеличении/2- К^. также быстро сходится к пределу. Это значит, что при некотором РМУ достигает пропускной способности, обеспечивающей обслуживание практически всех требовании входящего потока. Дальнейшее увеличение /2- 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 вероятность того, что это число ограничено величиной.

Тогда общий коэффициент загрузки равен средневзвешенному коэффициентов (О с весами: К, = % Ч)1/(3(0. (4.55)Очевидно, максимальный коэффициент загрузки равен (4.56)Отметим, что график функции К-^ можно считать принадлежащим семейству кривых на рис. 4.13, если допустить, что /2. не обязательно целое число и является средневзвешенным возможных целых значений, определенных множеством ь/2д т. е.

И — Ц ¿-, и>1 = /4^. (4.57)Практически ординаты кривой К^ для п (Х1.) можно получить из формулы (4.55) по известным ординатам для целых УЪ.

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 должна быть модель многофазной системы, позволяющая получать сведения, необходимые для вычисления значений критериев эффективности процесса. Этими данными в первую очередь, нужно назвать время пребывания каждого хлыста 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.

4.4. Представление поперечной подачи хлыстов на РМУ. системой сопряженных агрегатов4.4.1. Основные понятия метода агрегатовОдной 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 были представлены терминами теории массового обслуживания. Однако сама эта теория неявляется 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 [6^] ¦.

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 «входных сигналов ОС управляющих Г и выходных сигналов. Сигналы могут быть материальными и информационными. ¦Состояние агрегата в момент времени ¿-еТ обозначается? входные, управляющие и выходные сигналы как? у&^Г7 и /¿-^¿-У соответственно.

Состояния агрегата для произвольного момента времени? ? 4 оцределяются по предыдущим состояниям случайным оператором Н: Выходной сигнал ^ определяется по состояниям агрегатаоператором &. Общая схема агрегата показана на рис. 4.14.дШ 89″ ЛРис.4.14. Общая схема агрегатаОпишем подробно операторы Н ж 6.

Обозначим момент времени, следующий за моментом «Ь через 0.

Назовем моменты времени, в которые может измениться состояние агрегата, особыми моментами. В интервалы между особыми моментами состояние агрегата определяется оператором Ц: где / * - особый момент, являющийся началом данного интервала. Таким образом, операторы1/, V', и/ и и — частныеслучаи оператора Н.

Во множестве состояний йГ целесообразно выделить подмножество такое, что если, то ь — момент выдачи выходного сигнала, определяемого оператором выходов От :. (4.64)Упорядоченная совокупность множеств ^ и случайных операторовполностью задает агрегат как элемент сложной системы.

Входные материальные сигналы в нашем случае — это поступающие на очередную фазу процесса пачки хлыстов или деревьев или одиночные хлысты, выходные материальные сигналы — те же предметы, выдаваемые фазой после их обработки.

Фазы поперечной подачи хлыстов на РМУ и внешняя среда представляются агрегатами шести видов: а) для первой фазы /4/ - подачи пачки деревьев или хлыстов в обработку-б) для второй фазы А^ - групповой очистки деревьев от сучьев иж разделения пачек хлыстов-в) для фаз А1 где Я.*г) для предпоследней фазы — загрузки хлыстов на РМУ-д) для последней фазы Ам — раскряжевки-е) для фазы А0 — внешней среды.

4.4.2. Представление в виде агрегата гоазы /?- (С- ^ поперечной подачи хлыстов на РМУПоскольку в каждой такой фазе производятся как поступление, так и выдача хлыстов, представляющий ее агрегат можно считать основой для построения агрегатов остальных фаз процесса.

Хлысты в фазе А[ поступают, обрабатываются и выдаются поштучно.

Состояние %({) фазы Ас' представимо вектором со следующими компонентами: Яу — момент проверки возможности выдачи очередного хлыста на следующую фазу А[н — количество хлыстов в фазе— размер свободной емкости накопителя фазыэта емкость может определяться как количество свободных ячеек для ячеечного устройства, как свободное расстояние на поперечном транспортере иж как свободная площадь сечения бункера, измеряется соответственно в штуках хлыстов, м или м — номер первого из предаетов обработки, находящихся в фазеэтому номеру соответствуют определенные размерно-качественные характеристики хлыста-^ - момент наступления следующего собственного простоя фазыон определен для текущего времени чистой, а не общей работы, т.к. интервалы безотказной работы задают именно чистое время работы-% - продолжительность простоя фазы по собственным причинам— момент начала простоя из-за неподачи требования с фазы А— продолжительность обработки очередного хлыста— общее время простоев фазы по собственным причинам- %1о — общее время простоев фазы из-за неподачи хлыста сфазы — общее время простоев фазы из-за простоя или занятого накопителя фазы, А ?+{ — текущее чистое время работы фазы.

Операторы, изменяющие состояние фазы, и описывающие ее динамику, включают следующие случайные величины: — вектор размерно-качественных характеристик хлыста номер? -/3/ - интервал чистого рабочего времени между наступлениями простоев фазы /I/ по собственным причинам— продолжительность простоя фазы по собственнымпричинам-Ц) — продолжительность обработки? -го хлыста Фазойк ¦В дальнейшем указанными символами будем обозначать не самислучайные величины, а их очередные реализации.

Сь)Обозначим подмножество, соответствующее выдаче сигнала ^.

Пусть ^ - момент проверки возможности выдачи хлыста на следующую фазу- ^ = •тогда %(<>-и Первое неравенство обуславливает рабочее состояние фазы в момент .

Множество состоит из двух непересекающихся множеств — «еслив противном случае. Соответственно оператор И^ имеет две разновидности: Мз/ • 2? (*< +0+0) = ?>? ею4+0+0) •В первом случае накопитель фазы пуст и она переходит в состояние ^ запоминается начальный момент этого состояния. Во втором случае описывается обработка хлыста, ставшего вфазе первым: ему присваивается номер, продолжительность его обработки, момент окончания этой обработки и проверки возможности его выдачи на фазу A.

Оператор Gr$ в обоих случаях имеет вид ' fe =.

Во втором из рассмотренных сейчас случаев происходит дальнейшая проверка возможности выдачи выходных сигналов.

Множество — ?3,^ % определяет факт наступленияочередного простоя фазы по собственным причинам.

Оператор — ft = * t .

ОператорЭто означает, что в случае наступления простоя момент очередной проверки возможности выдачи хлыста на фазу A? H отодвигается на величину простоя, общее время простоев фазы по собственным причинам увеличиваются на размер простоя, формируется новый интервал между наступлениями простоев и на эту величину отодвигается момент наступления очередного такого простоя, формируется продолжительность этого простоя.

Наконец, операторы и Gr? имеют вид: Gis* fc = zt ({t+o) у .

Если состояние %((i) не принадлежит ни одному из множеств * рДе ?-fj*" }^* то выполняется оператор U: где [fo, если1 Д если I3 ^ ¦Пусть теперь ^ - момент приема входного сигнала — хлыста.

Оператор Ц имеет две разновидности.

Последовательность действия операторов для агрегата фазы показана на рис. 4.15.

В заключение напомним, что рассмотренные в этом пункте зависимости справедливы для фазы АI где Ц I //-/. Для других фаз имеются свои особенности.

Представления в виде агрегатов первой фазы А/ (подачи на раскряжевочную линию пачки деревьев или хлыстов), второй фазы, предпоследней фазы (подачи на раскряжевку), последней фазы Ам (раскряжевки) несколько отличаются от представления общей фазы А} И^-С^ МЧ. Они приведены в приложении 10.2.

4.4.3. Представление внешней среды системы в виде агрегатаКак указывалось ранее (п. 4.1), кроме отказов каждой из фаз, существуют и отказы всей системы по общим для всех фаз причинам. Кроме того, предметы обработки, естественно, появляются не внутри первой из фаз, а вне ее.

Для формализации этих положений введем агрегат А0 который будет описывать внешнюю среду.

С, .¦И5* Л/ выход) Рис. 4.15. Последовательность действия операторов для агрегата фазы ^ «X ^ С ^ М- /.

Будем считать, что предметы обработки имеются во внешней срегде? = 1,2,. — номер предмета обработки. Внешняя среда может вызывать отказы всей системы с интервалами общего времени между ниш уЗ^ и продолжительностями простоев Уо • Все эти величины в общем случае являются случайными, распределенными по различным законам.

Поскольку во время таких простоев вся система простаивает, для удобства будем считать, что общее текущее время работы системы, т. е. каждого из агрегатов, остается прежним, но предельное время работы системы уменьшается на величину общего простоя. Такой метод учета текущего времени работы системы эквивалентен обычному, при котором в указанном случае предельноевремя остается неизменным, а текущее время увеличивается на продолжительность общего простоя.

Исходя из сказанного, внешняя среда как агрегат может быть представлена следующим образом.

Вектор состояний 2″ состоит из таких компонент: — текущее значение предельного времени работы системы- %% - момент наступления общего простоя системы— продолжительность общего простоя системы— общее время простоя системы по общим причинам.

Начальные значения- = - действительное предельноевремя работы системы- = Уо 2 у 0 Входных сигналов три: X^ - поступающий с раскряжевки в виде сортиментов очередной хлыст-Хх. — общий объемный выход продукции, обработанной за время функционирования системы-Х-1 — вектор-гистограмма заполнения ячеек подающего трансде в неограниченном количестве и описываются параметрамипортера ИЛУ.

Управляющих сигналов нет. Выходных сигналов два: Yi — вектор, описывающий совокупность поступающих в обработку хлыстов: — текущее состояние времени завершения работы системы. Особый момент один: 4 — поступление входного сигнала раскряжеванного хлыста,(л г4 ^ ь%У* Сигнал ^ выдается один раз в начальный момент времени: ОТ (О. гггн? •Последовательность действия рператоров агрегата фазы привеРис.4.16. Последовательность действия операт оров агрегата фазы /??> - внешней средыНа этом описание агрегатов, представляющих фазы поперечной подачи хлыстов на РМУ, заканчивается. Далее рассмотрим модель связи этих агрегатов между собой.

4.4.4. Модель сопряжения агрегатов в системе, представляющей поперечную подачу хлыстов в РМУМатематическая модель сложной системы, наряду с формальным описанием элементов системы, как агрегатов, должна включать описание взаимодействия между этими элементами.

Будем считать, что передача сигналов происходит по элементарным каналам, каждый из которых начинается выходным контактом одного из агрегатов и заканчивается входным (в том числе и управляющим) контактом какого-либо другого агрегата [64] Из описаний элементов — фаз и внешней среды поперечной подачи хлыстов на РМУ как агрегатов (пп.4.4.1−4.4.3, приложение 10.2) можно определить, какие из этих агрегатов и каким образом связаны между собой. Объединим эти сведения в единую схему сопряжения элементов-агрегатов в рассматриваемой системе (рис. 4.17).

Назовем оператором сопряжения агрегатов в системе такое отображение множества входных контактов на множество выходных, при котором каждому входному контакту Л, — соответствует один вы-ходнои контакт У/ :' уД нхГкгде I и / - номера агрегатов-I и К — номера ов.

Для изучаемой системы поперечной подачи хлыстов на РМУ опе' ратор сопряжения ^ представляется табл.4.1.

4.5. Разработка имитационной модели поперечной подачи хлыстов на РМУ4.5.1. Принципы построения имитационной моделиИмитационное моделирование — это многократное воспроизведение последовательности операций моделируемого процесса с использованием датчиков случайных чисел и со статистической обработкой полученных результатов.

Построение имитационной модели — в значительной степени творческий процесс. Вместе с тем здесь существуют некоторые методологические принципы. Из них основными считаются следующие [?/]: — упрощение структуры исследуемого процесса с сохранением его основных качеств— вероятностное описание— максимально возможное соединение элементов модели в блоки с минимизацией связей между блоками— использование для моделирования ЭВМ.

Рассмотрим эти принципы более подробно для построения имитационной модели процесса поперечной подачи хлыстов на РМУ.

Упрощение структуры процесса. Во-первых, рассматривается только основной поток — поток хлыстов. Транспортировка и обработка отходов (коры, сучьев, откомлевок, вершинок) в модель не включается. Однако их влияние на основные операции учитывается имитацией простоев основных механизмов из-за смежных с ними вспомогательных. Например, к простоям РМУ можно отнести простои из-за его транспортеров отходов и из-за связанного с РМУ скипового погрузчика.

Во-вторых, как было указано в 3.1, игнорируется влияние на процесс погодных условий.

В-третьих, некоторые исходные данные модели считаются детерминированными, хотя они в действительности — случайные величины. Это квалификация обслуживающего персонала, расход электроэнергии, смазочных материалов и гидрожидкости каждым из механизмов за единицу времени.

Наконец, последнее упрощение присуще почти всем имитационным моделям. Исходными данными моделей обычно служат сведения, полученные наблюдениями реальной системы в ограниченный прометну ток времени. При этом считается, что эти данные удовлетворительно описывают поведение системы в любой промежуток времени. Такое допущение принято и в нашем случае.

Вероятностное описание. Все основные характеристики процесса, носящие вероятностный характер, в имитационной модели представ' лены случайными величинами. Это цикловые параметры механизмов, характеристики их надежности и простоев по организационным причинам, размерно-качественные характеристики обрабатываемых хлыстов.

Блочное построение модели. Основа имитационной модели процесса поперечной подачи хлыстов на РМУ — система сопряженных агрегатов (см. рис. 4.17). Большое число связей между агрегатами при блочном построении модели сводится к небольшому числу связей между блоками. Блоки представляют ввод и вывод данных, моделирующий и оптимизирующий алгоритмы, модель нескольких агрегатов с одинаковой структурой. Связи между блоками модели процесса показаны на рис. 4.18.

Использование ЭВМ. Имитационное моделирование несложныхРис.4.18. Укрупненная блок-схема имитационной модели процесса поперечной подачи хлыстов на РШГсистем может проводиться вручную, при помощи таблиц случайных чисел и счетных приборов. Системы средней сложности моделируются обычно на аналоговых вычислительных машинах.

Процесс поперечной подачи хлыстов на РМУ относится к группе наиболее сложных систем. Эти системы моделируются с использованием ЭВМ, которые обладают необходимыми качествами: обширным математическим обеспечением, большим объемом рабочей памяти, высоким быстродействием.

Построение имитационной модели состоит из следующих этапов:1) выбор типа моделирующего алгоритма и его построение-2) выбор типа оптимизирующего алгоритма, т. е. метода синтеза оптимального варианта системы и построение этого алгоритма-3) определение состава входных, выходных данных и переменных модели-4) формирование процедур имитации агрегатов системы-5) реализация модели на ЭВМ.

Заметим, что этап 2 уже выполнен в 4.2, а этап 4 — в 4.4 и приложении 10.2, где рассмотрены модели агрегатов, представляющих фазы поперечной подачи хлыстов на РМУ.

4.5.2. Выбор типа и построение моделирующего алгоритмаВ различных фазах реального процесса за короткий промежуток времени может произойти несколько событий: завершение обработки хлыста, передача хлыста на следующую фазу, наступление простоя, по какой-либо причине. Моделирующий алгоритм должен максимально точно и логически верно воспроизводить последовательность этих событий. Кроме того, моделирование по этому алгоритму не должно занимать слишком много ячеек памяти ЭВМ и машинного времени.

Существует множество моделирующих алгоритмов Наиболее удобен для моделирования исследуемого процесса алгоритм с пошаговым разблокированием. Это алгоритм со случайным шагом, соответствующим моменту перехода хлыста с какой-либо фазы на следующую. Эти фазы после выполнения шага разблокируются, т. е. изменяют свое состояние.

Уточняя определение, данное в лачале п. 4.4, особым моментом фазы назовем такой момент времени, в который фаза завершила обработку очередного хлыста и находится в работоспособном состоянии. Тогда момент выполнения очередного шага моделирования Тэто наименьший из особых моментов всех фаз процесса, исключая фазу Ам — раскряжевку. Если таких моментов несколько, то предпочтение отдается особому моменту фазы с наибольшим номером.

Пусть такой момент оказался у фазы Л/.В начале проверяется возможность передачи хлыста, обработанного в фазе А/ на фазу.

Если же передача хлыста на фазу возможна, то происходит изменение состояний фаз и А^^ свободных емкостей и количества хлыстов в каждой фазе. Определяется новое значение особого момента // а если перед моментом Т значение равнялось ^ то и момента. Тут же определяется, наступил ли отказ соответствующей фазы, и в случае наступления отказа изменяются значенияУ и г.

Фаза А[ не очередном шаге может перейти в состояние У*т.е. стать свободной от хлыстов. Тогда эта фаза блокируется: т/принимается равным Ттах — большому числу, превышающему период моделирования ТКои.

В конце шага изменяются некоторые дополнительные параметры состояния фаз A? и, а также проверяется и в случае необходимости моделируется простой всей системы по внешним причинам.

Следующий шаг проделывается точно так же. Когда текущий момент моделирования Т достигает установленного предельного значения %он, фаза /4у окончательно блокируется (тем самым прекращается поступление хлыстов в обработку), а имитация процесса продолжается и завершается в момент, когда все ?(Ai) примут значение X «т.е. все оставшиеся хлысты будут обработаны. Затем на основе результатов моделирования производится расчет значений критериев эффективности данного варианта процесса.

Блок-схема моделирующего алгоритма приведена на рис. 4.19.

4.5.3. Определение состава входных данных имитационной модели поперечной подачи хлыстов на РМУВходные данные — это совокупность необходимых сведений о процессе и задаче оптимизации, имеющихся у экспериментатора перед имитацией. При моделировании эти параметры остаются неизменными.

Основным информационным источником служит справочный двумерный массив входных данных М$> каждая 1-я строка которого описывает свойства 1-й фазы. Структура строки массива MS приведена в приложении 10.3.

Цикловые и скоростные характеристики фаз процесса. Механизмы, реализующие фазы процесса, подразделяются на два основных вида: цикличного и непрерывного действия (рис. 4.20).

Элементы массива с номерами для циклов, заданных распределениями, содержат параметры распределений, обычно математическое ожидание и дисперсию соответственно. Для механизмов непрерывного действия там располагаются значения скорости рабочего органа и его размера в направлении перемещения хлыста. Для гистограмм содержимое этих элементов указывает на номер элемента в общем массиве гистограмм Z//77 с которого начинается данная гистограмма, и количество чисел в этой гистограмме.

Механизмы для групповой очистки деревьев от сучьев имеют два вида циклов: цикл очистки от сучьев всей загруженной в бункер пачки деревьев и цикл выдачи из бункера отдельного хлыста. Характеристики цикла первого вида задаются величинами LIM (, LIMZ и /.ГА/3 смысл которых аналогичен смыслу характеристик массива /¦/У при 3 соответственно. Циклы второго вида определяются как обычно, через массив MS.

Элементы массива ИЗ с номерами С = 14+18 содержат информацию о виде функции (%¦) и о значениях коэффициентов й0 -г /Х^, осв) апа, зсг) Рис. 4.21. Виды зависимости основной характеристикицикла у. от основной характеристики условий обработки хлыста гс :

Основные результаты моделирования поперечной подачи хлыстов на слешер Л0−65 (режимы 12*17).

Номер режима Значения критериев Чистое время работы Х% к времени смены).

Производительность Удельные приведенные затраты м3/см $ к / режиму руб/м3 $ к / режиму.

12 530 134,2 3,50 74,6 29,4.

13 605 153,2 3,06 65,2 33,6.

14 650 164,6 2,85 60,8 36,1.

15 680 172,2 2,72 58,0 37,7.

16 752 190,4 2,46 52,5 41,7.

17 901 228,1 2,06 43,9 50,0.

Коэффициент загрузки слешера в этих режимах был равен 1,14 Из табл.6.7 видно, что проектные показатели (производительность — 650 м3/см и удельные приведенные затраты 2,85 руб/м3) могут быть достигнуты увеличением чистого времени работы слеше-ра с 21,9 до 36,1 $, например, сокращением на четверть простоев по технической неисправности, наполовину организационных простоев и на 40 $ - простоев из-за кострений хлыстов и сортиментов. Если сокращением простоев довести время чистой работы до 50 $ времени смены, то производительность увеличивается на 128 $ и достигает 900 м3/см.

7. ВНЭДРЕНИЕ И ЭКОНаМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПОПЕРЕЧНОЙ ПОДАЧИ ХЛЫСТОВ НА Ш.

7.1. Внедрение оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ.

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 СЛ-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-3 (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 Л0−105 (см. рис.2.2).

Поток Л0−65. В 6.3.2 показано, что при полном переходе от поштучной к групповой раскряжевке на слешере Л0−65 производитель-503растает на 28^. Проведенные 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.

На рис. 7 Л показана групповая раскряжевка на слешере Л0−65.

Рис. 7.1. Групповая раскряжевка на слешере Л0−65.

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 Л0−65 не было возможности вследствие неудовлетворительных параметров предыдущих механизмов. В частности, нами показано (см. 6.3.1), что необходимо увеличение скорости поперечного перемещения хлыстов шне-ковым ориентирующим устройством с 0,16 м/с минимум до 0,24 м/с, что даст увеличение производительности потока не менее, чем на 17 $.

Игирминскому ЛИХ даны практические рекомендации по проведению этой модернизации (приложение 10.12).

7.2. Методика оценки экономической эффективности внедрения оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ.

При внедрении рациональных технологических режимов 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 РМУ определяется при помощи известной формулы [&3] :

Э, — [(С,+?"/(,)-(ь+ЕМТ (2г, <7−1) где ?• - эксплуатационные затраты на I м3 заготовленного.

4 1 леса для исходного () и нового (¿-^Я) режимов, руб.- А^' - капитальные вложения на I м3 годового объема заготовленного леса, руб.- £н — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равен 0,15- ^ - годовой объем производства, м3.

Обозначим ПI — сменная производительность в м3- число рабочих смен в годуС-?см — ежесменные эксплуатационные расходы, руб/м3- И¿-0§- - общие капвложения в процесс, руб.

Очевидны равенства О. //?- 1.

Си" = ПЬ ^ ' ' (7.2).

КСо^Пс^К^).

Тогда при переходе от первого варианта поперечной подачи хлыстов ко второму относительный рост ежесменных эксплуатационных затрат оС, капитальных вложений в процесс уб, сменной производительности у и числа рабочих смен в году с/1 находится из соотношении.

Сюм Пи 7.3).

П< 3 1.

Применяя (7.2) и (7.3), преобразованием формулы (7.1) годовой экономический эффект можно выразить формулой 7.4).

Если число рабочих смен в году при переходе от первого варианта ко второму не изменилось (), то из (7.4) имеем 7.5).

Как показывает опыт эксплуатации потоков с ИДУ, удельные эксплуатационные расходы С[ и произведение на удельные капитальные вложения К^ составляют примерно 72 $ и 28 $ удельных приведенных затрат соответственно. Поэтому, если при расчетах *ЭГ не учитывать относительный рост эксплуатационных затрат или капитальных вложений [3, то результат окажется завышенным на и процентов соответственно, где с 12^.

Г ' с — (7.6).

Если общий рост затрат при переходе от старого варианта к нов ому незначителен, например, E^ + i?^ 3 $, то без потери точности Эг можно определить по формуле, полученной из (7.4) при.

L "? «0: l'?i, (7.7) где J-y — удельные приведенные затраты для потока с первым вариантом поперечной подачи- ^ - Cj Л/.

При в этом случае.

9 Г =. < 7-s).

Для эксплуатируемых потоков эксплуатационные расходы при изменении режимов поперечной подачи не выходят за нормативные пределы. Поэтому для них можно считать .

Рост капитальных вложений уб 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? = 970 руб./1 673 800 руб. = 0,58. Установление режима групповой подачи хлыстов в ячейку слешера, как показано в 6.3.2, повышает производительность на 28 $, т. е.

Y =0,28. Тогда из (7.6) = 28. 0,58/0,28 & 0,06 $. Такой ошибкой, очевидно, можно пренебречь.

Поскольку капитальные вложения, а также и затраты на оптимизацию технологических режимов поперечной подачи хлыстов для различных потоков с РМУ, как показал опыт, различаются не больше, чем в 3−4 раза, то следует ожидать, что для эксплуатируемых потоков /3 с большой вероятностью не превысит 0,006. Тогда при.

5% 3%, ж расчет годового экономического эффекта можно вести по формуле (7.7) или (7.8).

При реконструкции потоков с РМУ вместе с заменой какого-либо механизма эксплуатационные затраты могут для нового варианта как увеличиваться (оС) | так и уменьшаться (.

В задачах проектирования экономические показатели технологического оборудования нового варианта можно оценивать по уже существующим механизмам аналогичного назначения. При этом точность всех расчетов, в т. ч. годового экономического эффекта, несколько ниже, чем для действующих и реконструируемых потоков. Как, так и здесь могут быть либо положительными, либо отрицательными.

Большое влияние на поперечную подачу хлыстов, как и на любой технологический процесс, оказывают простои из-за неудовлетворитель ной организации работ и ремонтной службы. В гл. 6 показаны размеры этого влияния. Методы реализации организационных мероприятий и расчет их экономического эффекта — предмет специальных исследований. Далее мы рассмотрим эффективность только технологических мероприятий.

7.3. Экономическая эффективность внедрения оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов в потоках СТИ-3 и СЛ-4.

Рассмотрим экономическую эффективность снижения среднего цикла сбрасывания хлыстов на слешер СТИ-3. Это снижение, как показано в 7.1, достигнуто заменой общей гидростанции сбрасывателей на три индивидуальные. Таким образом, имеем задачу реконструкции.

Эксплуатационные расходы здесь не увеличились (а дополнительные капитальные вложения складываются из расходов на оптимизацию поперечной подачи, равных 860 руб. (450 руб. на хронометраж и замеры, 410 руб. на математическое моделирование) и из затрат на замену гидростанции, равных 920 руб., всего 1780 руб. Прежние капитальные вложения оценивались в 954 400 руб. Поэтому /Ъ = 1780/954 400 ^ 0,002.

При увеличении сменной производительности не меньше, чем на 4 $ (0,04) из (7.6) ^ + £в ^ 1,4 $. Поэтому годовой экономический эффект можно оценить по формуле (7.7).

Модернизацией гидропривода сбрасывателей осенью 1979 г. средний цикл сбрасывания снижен с 9,2 с до 7,5 с. Из 6.2.3 следует, что в этом случае повышение производительности составляет примерно 7,9 $, то есть У = 0,079. Подсчитаем экономический эффект этого мероприятия за 1981 г. по сравнению с 1977 г., в котором проводились исследования поперечной подачи хлыстов на СТИ-3.

По данным Красноярсклеспрома, в 1977 г. за 233 рабочих смены на СТИ-3 обработано 67 491 м³ леса, эксплуатационные затраты составили 2,1 руб/м3, удельные капитальные вложения — 6,3 руб/м3. В 1981 г. было 208 рабочих смен СТИ-3. Отсюда в обозначениях (7.1)+ (7.3) (2/ = 67 491 м3- С{ = 2,1 руб/м3- /С, = 6,3 руб/м3;

3,04 руб/м3-? = -0,107. Из формулы (7.V)получаем др = [(I — 0,107) • 3,04 руб/м3 • 0,079 — 0,107 • 0,15 • • 6,3 руб/м3 ] • 67 491 м³ = 7650 руб. о.

После достижения проектной выработки 250 тыс. м в год при 500 рабочих сменах удельные приведенные затраты составят 1,58 руб/м3, а годовой экономический эффект снижения среднего цикла сбрасывания {л можно определить по формуле (7.8): * № Н*/" * МО ООО п* / - №. (7.9).

По формуле (7,9) и графику 7.1 для этого случая получена зависимость годового экономического эффекта от величины средне го циш сбрасывания (рис. 7.2).

I———;

3 г, ТЫС. РЫБ 160,0.

120,0.

80,0.

40,0.

0,0.

4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 ЩО^&С.

Рис. 7.2. Зависимость годового экономического эффекта 9 Г от среднего цикла сбрасывания хлыстов ¿-уна слешер СТИ-3.

Как видно из этого графика, в этом случае снижение среднего цикла сбрасывания ¿-¿-р с 9,2 до 7,5 с дает экономический эффект /ЭГ, примерно равный 34 500 руб. При снижении 4<Г на 4,0 с, т. е. с 9,2 до 5,2 с 3 г достигнет 100 тыс. руб.

Если при работе потока СЛ-4 поддерживать средний цикл ЛТХ-80 на уровне 8,5 с, то, как видно из рис. 6.3, сменная производительность СЛ-4 достигнет 732 м³.

Такой режим ЛТХ-80 не выходит за проектные границы, поэтому для этой задачи эксплуатации 9 Г можно считать по формуле (7.8). Взяв за исходный вариант поток с проектными показателями Лу = 700 м3/см, = 350 тыс. м3, =1,58 руб/м3, получаем У = 732/700−1 = 0,0457, и Зг = 1,58 руб/м3 • 350 000 м³ •. 0,0457 = 25 272 руб.

Таким образом, выявив рациональные режимы поперечной подачи хлыстов на слешер, при минимальных затратах на их реализацию можно получить значительный экономический эффект. Для СТИ-3 этот эффект выражается величинами до 100 тыс. руб. в год, а для СЛ-4, как более совершенной линии, он меньше — от 25 до 30 тыс. руб. в год.

7.4. Экономическая эффективность внедрения оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов в потоке Л0−65.

Сначала оценим экономическую эффективность перехода от поштучной подачи и раскряжевки на слешере Л0−65 к групповой. По данным Ишрминского ЛПХ, переход от поштучной к групповой загрузке не оказал влияния на качество раскряжевки и количество зажимов пил. Поэтому затраты на эксплуатацию оставались в пределах обычной нормы, и для данной задачи оптимизации поперечной подачи на эксплуатируемой линии, как указывалось в 7.2, ростом затрат на эксплуатацию и капитальных вложений можно пренебречь, расчеты 9 Г вести по формулам (7.7) и (7.8).

В 1979 г., взятом для данного случая за исходный: (Зу = 106 017 м3- = 304- К, = 15,8 руб/м3- С, = 3,62 руб/м3. Отсюда ^ = 5,99 руб/м3.

Оценим эффективность перехода к групповой раскряжевке за 1981 г. В силу различных причин групповая раскряжевка в этом году не была постоянной. Поэтому повышение производительности принято минимальным, равным 1/7 повышения производительности при постоянной групповой раскряжевке, т. е. 4 $, или / = 0,04. Число рабочих смен в 1981 г. равнялось = 300, отсюда (S1 = 300/304- I = -0,013. При этих данных из формулы (7.7)получаем [(I — 0,013). 5,99 руб/м3. 0,04 — 0,013 • 0,15 .

15,8 руб/м3J ' I060I7 м3 = 21 805 руб.

Если при поштучной раскряжевке будет достигнута проектная о выработка 325 тыс. м в год при 500 рабочих сменах, то удельные приведенные затраты составят 2,83 руб/м3 [ 19], и при у~ 0,04 из (7.8) имеем значение эффекта перехода к групповой раскряжевке.

Я- = = 2,83 руб/м3 • 325 000 м³ • 0,04 = 36 790 руб.

Теперь оценим эффективность внедрения оптимальных цикловых режимов поперечной подачи хлыстов на слешер ЛО-65. В 6.3.3 указано, что такие режимы требуют увеличения скорости поперечного перемещения хлыстов шнековым ориентирующим устройством и уменьшения цикла подачи пачки деревьев мостовым краном. Последнее не связано с изменением эксплуатационных характеристик крана, а относится к организационным мероприятиям, и в конечном счете сводится к поддержанию в работоспособном состоянии второго мостового крана той же эстакады.

Увеличение скорости шнеков ориентирующего устройства может быть достигнуто либо заменой электродвигателей привода шнеков на более скоростные, либо заменой только редукторов привода, поскольку мощности существующих двигателей достаточно для технологически правильного выполнения ориентации (см. приложение 10.12). Если взять более дорогостоящий вариант замены электродвигателей, то, при увеличении их суммарной мощности с 30 до 50 кВт общая установленная мощность потока (837 кВт) возрастет на 2,4 $. Затраты на электроэнергию в общих эксплуатационных расходах на ЛО-65 составляют около 3,6 $. Отсюда рост эксплуатационных расходов oL составит 0,024 • 0,036 = 0,86.

Рост капитальных вложений вместе с расходами на оптимизацию (970 руб.) составит не более 1400 руб., отсюда уЗ = 1400 руб/ /1 673 800 руб. = 0,84.

Тогда при У & 4 $ 8^ + ¿-р ^ (72 • 0,86 + 28. 0,84) / 0,04 = 2,14 ($).

Поэтому расчет экономической эффективности можно вести по формулам (7.7) и (7.8).

Для практического внедрения в качестве первого шага можно рекомендовать увеличение скорости поперечного перемещения хлыстов шнековым устройством с 0,16 до 0,24 м/с, т.к. при более высоких скоростях возможно увеличение кострений хлыстов на шнеках. Как следует из табл.6.4, в этом случае У = 0,166. Если взять за исходный 1979 г., и принять i = 0, то из (7.8) игле ем.

9 Г = 5,99 руб/м3 • I060I7 м3. 0,166 = 105 400 руб.

На основе табл.6.4 и 6.6 и формулы (7.8) построены значения для вариантов I—II, в которых в качестве исходных взяты показатели 1979 г., и для вариантов 18−27, в которых в качестве исходных взяты проектные показатели (рис. 7.3).

Итак, полученные рациональные режимы поперечной подачи хлыстов на слешер ЛО-65 дают значительный эффект, исчисляемый величинами до 150 тыс. руб. в год при существующих сейчас показателях потока, и до 250 тыс. руб. в год при достижении проектных показателей. Большая величина экономического эффекта обусловливается, главным образом, большими объемами леса, перерабатываемого за год на слешерных линиях. Эти объемы исчисляются сотнями тысяч куб омет* ров.

Эг. тыс. руб 250.0.

200,0.

150.0.

Ю0.0 50,0.

2 18 3 19 Н 20 5 21 6 22 7 23 8.

24 9 25 Ю 26 II 27 N.

Рис. 7.3. Значения годового экономического эффекта для варианта N при последовательной оптимизации поперечной подачи хлыстов на слешер Л0−65.

8.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. В современных условиях укрупнения нижних лесных складов и строительства больших лесопромышленных комплексов все больше возрастает потребность в высокопроизводительной технике и технологии. Поэтому очень перспективными представляются поточные линии для первичной обработки заготовленного леса с применением раскряжевочных многопильных установок (РМУ), входящие в систему машин 2НС, производительность которых достигает 800−1000 м3/см.

2. Изучение состояния вопроса показало, что стабильно высокая производительность потоков с РМУ не достигается из-за ряда причин. Одна из них — неэффективность технологических режимов подачи хлыстов на РМУ, снижающая производительность потока в среднем на 60−70 $, а для лучших линий не менее чем на 15−35 $. Пути устранения этой причины в целом не были определены, однако накоплен опыт эксплуатации потоков с РМУ, описаны варианты технологического оборудования для подачи хлыстов на РМУ, разработаны некоторые частные математические модели. Поэтому перед диссертационной работой была поставлена задача: разработать теоретический аппарат для определения оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ в различных условиях.

3. В результате исследования установлены показатели эффективности поперечной подачи хлыстов на РМУ, основным из которых выбрана производительность потока в единицу времени. С применением анкетного опроса специалистов выявлено 7 наиболее значимых для эффективности изучаемого процесса факторов трех видов:

— факторы наличия и связи технологических операций в процессе поперечной подачи;

— факторы, относящиеся к конкретным операциям;

— факторы внешнего воздействия.

4. Установлено, что изучаемый процесс состоит из 10 основных технологических операций от подачи леса на обработку из запаса или с лесовозного транспорта до раскряжевки на РМУ, включая операции создания буферных межоперационных запасов. В зависимости от наличия операций возможны 32 различные технологические схемы поперечной подачи хлыстов на РМУ, из них в 13 действующих поточных линиях реализовано 7 схем.

5. Для синтеза эффективных технологических режимов поперечная подача хлыстов на РМУ представлена линейной многофазной системой массового обслуживания (СМО), для которой разработан комплекс математических моделей. По семи из них может быть выполнена предварительная оценка пропускной способности потока в зависимости от интенсивности подачи хлыстов на РМУ и вместимости буферного устройства перед РМУ.

Разработанная имитационная модель позволяет учитывать различного характера простои и характеристики поступающего леса.

Для нахождения оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ по восьми главным критериям эффективности с учетом всех основных влияющих факторов разработана специальная универсальная имитационная модель на основе представления процесса агрегативной системой.

6. Экспериментальные исследования с применением автоматических приборов — хронографов типа Н320−5 и обработкой результатов на ЭВМ проведены на слешерных поточных линиях СТИ-3 Болынемуртинс-кого ЛПХ (декабрь 1977 г.) и Л0−26 Предивинского ШХ (февраль 1979 г.) Красноярсклеспрома, а также на линии Л0−65 Игирминского опытного ЛПХ ЦНИИМЭ (декабрь 1979 г.). Показано, что распределения циклов операций могут быть представлены законами Эрланга, усеченным нормальным и гамма-распределением. Число деревьев или хлыстов в пачке при подаче в обработку аппроксимировано законом Пуассона, комлевые диаметры хлыстов — логнормальным, а длинынормальным законом.

С использованием проведенных теоретических и экспериментальных исследований решены практические задачи разработки технологических режимов поперечной подачи хлыстов на слешер с поштучной раскряжевкой (на примере потоков СТИ-3 и СЛ-4 Усть-Абаканского ЛПК Красноярсклеспрома) и с групповой раскряжевкой (на примере потока ЛО-65).

7. Математическим моделированием поперечной подачи хлыстов на слешер с поштучной раскряжевкой получены следующие результаты.

Снижение среднего цикла сбрасывания (загрузки) хлыстов на 2 с- 3 с- 4,2 с повышает производительность потока СТИ-3 на 12, 19, 27 $ соответственно.

Введение

между узлом ориентирования и слешером буферного устройства оптимальной емкостью 4−5 хлыстов повышает производительность потока на 13−14 $. При поддержании среднего цикла разделения хлыстов питателем ЛТХ-80 на уровне 13 с или 10 с сменная производительность потока СЛ-4 составляет 500 и 700 м соответственно.

8. Исследование на математических моделях поперечной подачи хлыстов на слешер с групповой раскряжевкой показало, что при полном переходе от поштучной к групповой раскряжевке хлыстов производительность потока ЛО-65 возрастает на 28 $. Повышение скорости поперечного перемещения хлыстов шнековым ориентирующим устройством с 0,16 до 0,30 м/с и снижение среднего цикла подачи пачки деревьев мостовым краном с 6,8 мин до 6,0 мин повышает действительную производительность (395 м3/см) на 24,5 $, а проектную (650 м3/см) на 27,2 $- дальнейшее улучшение параметров механизмов неэффективно .

9. Разработанные технологические режимы поперечной подачи хлыстов частично внедрены на слешерных поточных линиях СТИ-3, СЛ-4 и ЛО-65. Эти и другие результаты диссертационного исследования использованы при компоновке оборудования для поперечной подачи хлыстов в процессе подготовки технического задания на проектирование технологических схем нижних складов на базе системы машин 2НС (Утверждено Техническим управлением Минлеспрома СССР 27.06.80 г.) Рекомендованное перед слешером буферное устройство на 4−5 хлыстов реализовано в потоках СЛ-4 и Л0−105 в виде шнековых роликов, которые одновременно выполняют ориентацию хлыстов.

10. На основе известной формулы расчета годового экономического эффекта внедрения новых технологических процессов и техники получены выражения для оценки эффективности внедрения оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов на РМУ. Показано, что разовые расходы на оптимизацию составляют около 0,6% капитальных вложений в поток, и ими можно пренебречь.

Путем модернизации гидропривода сбрасывателей хлыстов на сле-шер СТИ-3 средний цикл сбрасывания снижен с 9,2 до 7,5 с. Повышение производительности потока оценочно составило 7,9%, а экономический эффект за 1981 г. — более 7600 руб. После достижения проектной выработки 250 тыс. м3 в год при 500 рабочих сменах такое снижение даст годовой экономический эффект 5 г «равный 34 500 руб. Для потока СЛ-4 при проектной производительности 700 м3/см при 500 рабочих сменах в году снижение среднего цикла ЛТХ-80 до 8,5 с даст Рп, превышающий 25 200 руб.

Для линии ЛО-65 даже неполный переход от поштучной к групповой загрузке ячеек слешера в 1981 г. повысил производительность на 4% и дал экономический эффект, равный 21 800 руб. В качестве следующего шага практического внедрения оптимальных технологических режимов поперечной подачи хлыстов на слешер ЛО-65 рекомендовано увеличение скорости поперечного перемещения хлыстов шнеко-вым ориентирующим устройством с 0,16 до 0,24 м/с путем модернизации привода шнеков — заменой электродвигателей или редукторов. Годовой экономический эффект при этом оценивается суммой около 105 тыс. руб.

II. Эффективным представляется использование результатов выполненных исследований и при проектировании рациональных процессов, применяющих многопильные установки. При этом возможна оценка эффективности внедрения не только оптимальных технологических режимов потока, но также технических и организационных мероприятий.

В дальнейшем предполагается этими методами исследовать и рекомендовать пути увеличения эффективности некоторых действующих потоков с многопильными установками. Ближайшая цель — провести анализ процесса поперечной подачи хлыстов на серийный слешер Л0−105 и выработать мероприятия по выбору наилучших технологических режимов поперечной подачи хлыстов в этом потоке для различных природно-производственных условий.

Полученные результаты могут использоваться также при оптимизации работы потоков с раскряжевкой на многопильных установках долготья и балансов. Более того, с помощью рассмотренной в 4.5 имитационной модели возможно оптимизирующее исследование однолинейных многофазных поточных линий и на других технологических потоках лесопромышленного производства.