Алгоритм расчета в системе автоматизированного проектирования оптимальных параметров размещения лесовозных веток и усов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

кластеров лесосек ОАО «Соликамскбумпром» обеспечивает снижение времени простоев на 19,8 %, расхода топлива - на 0,048 кг/мин., а также повышение сохранности подроста и снижение негативного воздействия машин на корневые системы и почвы.

Результаты получены при выполнении поисковой научно-исследовательской работы в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.

Библиографический список

1. Тетерина, М.А. Обоснование параметров обрабатывающе-транспортной системы «харвестер-форвар-дер» (на примере предприятий Пермского края): дис. ... канд. техн. наук: 05.21.01 - М., 2009. - 332 с.

2. Якимович, С.Б. Выбор систем заготовки древесины в условиях неопределенности/С.Б.Якимович, М.А. Тетерина// Известия СПбГЛТА. Вып. 185. - СПб: СПбГЛТА, 2008. - С.263-268.

3. Обоснование ресурсосберегающих технологий лесопромышленного комплекса, адаптированных к природным условиям Пермского края, с минимизацией затрат на лесовосстановление: отчет о НИР /МарГТУ; рук. Якимович С.Б. - Гос. контракт № 01.29/07. - Йошкар-Ола, 2007 г., 500 с.

4. Азаренок, В.А. Сортиментная заготовка леса: Учеб. пособие / В.А. Азаренок, Э.Ф. Герц, А.В. Мех-ренцев - Уральская ГЛТА: Екатеринбург, 1999. -134 с.

5. Патент № 2365093 РФ. Способ заготовки сортиментов машиной манипуляторного типа// Яки-мович С.Б., Груздев В.В., Крюков В.Н., Тетерина М.А. - Заявлено 26.02.2008. Опубликовано 27.08.2009.

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

проектирования оптимальных параметров размещения

лесовозных ВЕТОК и УСОВ

Д.Н. АФОНИЧЕВ, проф. каф. транспорта леса и инженерной геодезии ВГЛТА, д-р техн. наук

Размещение лесовозных веток и усов в осваиваемых лесных массивах предполагает установление ширины зоны тяготения к ним и протяженность участков веток и усов различных конструкций в зависимости от грузонапряженности и местных условий таким образом, чтобы затраты на вывозку древесины и строительство дорог, отнесенные к 1 м3 заготовленной древесины, были минимальными [1, 2]. Поиск оптимальных параметров размещения лесовозных веток и усов представляет собой сложную многовариантную задачу, решение которой осуществляется в системе автоматизированного проектирования (САПР) лесовозных автомобильных дорог [2, 3]. Существующие модели, алгоритмы и программное обеспечение САПР лесовозных автомобильных дорог не учитывают ограничений размеров лесосек и возможности комбинированного применения усов различных конструкций и магистральных трелевочных волоков [1, 3-5], что приводит к результатам проектирования, не согласующимся с лесоводственными требованиями. Для исключения указанного недостатка необходимо в математическом обес-

dmafonichev@yandex. ru печении САПР предусмотреть ограничения площади лесосеки A (га) и ее ширины dy (км)

(1)

A < A ; dy < d ,

доп7 У Л доп7

где Адоп - допустимая в данных условиях площадь лесосеки, га;

dЛ доп - допустимая в данных условиях ширина лесосеки, км.

Алгоритм поиска в САПР оптимальных параметров размещения лесовозных веток и усов, показанный в виде блок-схемы на рис. 1 и 2, требует ввода следующих исходных данных:

Адоп - наибольшая допустимая площадь лесосеки, га;

A - минимальная площадь лесосеки, га;

AA - шаг изменения площади лесосеки, га;

dЛ доп - наибольшая допустимая ширина лесосеки, км;

dy - минимальная ширина зоны тяготения к усу (минимальная ширина лесосеки), км;

Ady - шаг приращения ширины зоны тяготения к усу, км;

82

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

l0 - расстояние от оси ветки до границы лесосеки, км;

Lp - длина петлевого разворота, км; l - протяженность уса после погрузочного пункта, необходимая для устройства петлевого разворота, км;

Г - ликвидный запас древесины, м3/га; kpy, kpT, kpn - коэффициенты удлинения уса, магистральных и пасечных трелевочных волоков;

kpB1, kPB2, kpB3 - коэффициенты развития глубинного, промежуточного и головного участков ветки;

В - коэффициент, учитывающий прокладку веток по неэксплуатационным площадям;

kO1, kO2, kO3 - коэффициенты, учитывающие затраты на строительство, ремонт и содержание ответвлений и разветвлений для глубинного, промежуточного и головного участков ветки;

Лв - коэффициент, учитывающий отдаленность затрат на вывозку по ветке; c - коэффициент, учитывающий часть объема вывозки древесины, приходящуюся на дни с высокой влажностью грунтов; a - расстояние от начала магистрального волока до границы пасеки, км; a1 - расстояние от места погрузки до границы пасеки, км;

a2 - дополнительный пробег трелевочного трактора в пределах погрузочного пункта, км;

ап - ширина зоны тяготения к пасечному волоку, км;

z - расстояние от уса до магистрального волока, км;

Qn - полезная нагрузка на автопоезд, м3; k - коэффициент использования полезной нагрузки;

byx - стоимость пробега автопоезда по усу без груза, руб./км;

C , CB2, CB3 - единовременные затраты на постройку 1 км глубинного, промежуточного и головного участков ветки, руб./км;

BB1, BB2, BB3 - ежегодные затраты на содержание и ремонт 1 км глубинного, промежуточного и головного участков ветки, руб./км;

CT, Сп - стоимость устройства магистрального и пасечного волоков, руб./км; bT, Ьп - стоимость трелевки древесины по магистральным и пасечным волокам, руб./(м3 • км);

Cyn, Cyr - стоимость строительства и содержания 1 км уса с покрытием и грунтового (снежно-уплотненного), руб./км; byn, byr - стоимость вывозки древесины по усу с покрытием и грунтовому (снежно-уплотненному), руб./(м3' км);

K - стоимость устройства погрузочного пункта, руб.

мальных параметров размещения лесовозных веток и усов (начало)

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

83

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Рис. 2. Блок-схема алгоритма расчета в САПР оптимальных параметров размещения лесовозных веток и усов (окончание)

В представленном алгоритме блок 1 (рис. 1) осуществляет расчет стоимости устройства и содержания петлевых разворотов СрП, СрГ и оптимальных расстояний ТПРП и ТПРГ между петлевыми разворотами

С = Т C • С = Т C

^РП Р^УП’ ^РГ Р^УГ

(2)

ТПРП 0, ^

kucnQnLPCyn .

ydybyxkpy

ТПРГ 0,1

kucnQnLPCyr

ydybyxkpy

(3)

Блок 2 (рис. 1) определяет расстояние между погрузочными пунктами /П, расстояние от последнего погрузочного пункта до границы зоны тяготения ветки lK

ln = 0,14

kK

ybTkpTdy

kK

kpy (Cyp + ВуГ) + — + kpTCT(k —1)

1К =-----------------П---------------+ 0,5/П. (4)

100ydy (kPTbT - kpybyr)

Количество погрузочных пунктов m составляет

84

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

m =

k_ ( A

ln L100dy

■ — L'] +1

(5)

Значение m округляется до целого числа и уточняется величина 1П по формуле

, k ( A , ) (6)

In =-----1----—-L\ . (6)

m —11100d,,

A

Условная ширина зоны тяготения к

усу dy равна

dy = 0,2^

ап (-^^ + ^Ст^рт^п ) Сп^рп^П1

. (7)

ап У1пЪпКп

Протяженность уса с покрытием l (рис. 1, блок 3) рассчитывается по формуле cA

кт

- + l0 + 1р 1П .

(8)

100dy

Протяженность грунтового уса lyr (рис. 2, блок 4) равна

A

lyn 1 l0 lK 1 lp •

кгт

— Um + ln — + ln • (9)

100dy

Блок 5 (рис. 2) определяет следующие затраты (руб./м3):

- на строительство и содержание усов, отнесенные к 1 м3 вывезенной древесины Zr

- на вывозку 1 м3 древесины по усу Z2;

- на устройство погрузочных пунктов и магистральных трелевочных волоков, отнесенные к 1 м3 вывезенной древесины Z3;

- на трелевку 1 м3 древесины по магистральным волокам Z4;

- на трелевку древесины по пасечным волокам и устройство пасечных волоков Z5.

к

= — Цуп^уп hr^yr ^рппп ^■'рг^г'Ь (10) Ау

где пП, пГ - количество петлевых разворотов с покрытием и грунтовых.

Z2 =

100dk

У'^РУ

lK [1УПЪУП + ЪУГ (lyr lP a1)] +

Х^+ Р[1УПЪУП + Ъуг (0,5(1п + Р) — lP — a1)] + \ , (11) +Hbyn [l0 — а1 + 0,5(H — 1п )]

A(1 — c) Ac

где P = ——— — К; H =

100d„

100d„

1

Z3 = — {кРТСТ [lK — a + (ln — a)(m — 1)] + mK}. (12) Ay

Х

4

100dykPTbT

A

l

К

a2 +

lK — a 2 .

+

+ ( A

1100dy

lK J

a2 +

ln — a 2 .

(13)

Z =

k

РП

C

n [(dy — kz)(—— — lK) +

ran

100d,,

+dylK ] + ^[(dy — kz)2 х \. (14)

k

x(

100d

lK ) + dylK ]

Реализация алгоритма позволяет получить следующие оптимальные параметры размещения лесовозных веток и усов, которые соответствуют минимальным суммарным удельным затратам на строительство, ремонт и содержание ветки, строительство и содержание усов, вывозку по усам, устройство погрузочных пунктов, трелевочных волоков и трелевку древесины:

A . - площадь лесосеки, га; dB - ширина зоны тяготения к ветке, км; dy. - ширина зоны тяготения к усу, км; l , l - протяженность уса с покрытием и грунтового, км;

1п. - расстояние между погрузочными пунктами, км;

lK - расстояние от последнего погрузочного пункта до границы зоны тяготения ветки, км;

m . - количество погрузочных пунктов; kj - положение уса на лесосеке (при k. = 1 ус прокладывается по краю, при k = 2 ус прокладывается посередине); п пГ. - количество петлевых разворотов с покрытием и грунтовых.

Индекс обозначает принадлежность к участкам ветки: j = 1 - глубинный участок; j = 2 - промежуточный участок; j = 3 - головной участок.

Разработанный алгоритм позволяет найти оптимальные параметры размещения лесовозных веток и усов, которые соответствуют требованиям по ограничению площади и ширины лесосек, и дополняет математическое обеспечение САПР лесовозных автомобильных дорог.

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 5/2010

85