Факторы эффективности поштучно-групповой раскряжевки хлыстов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Рис. 3. Схемы раскладки хлыстов в группах с возможными вариантами совмещения сортиментных зон

С помощью продольного транспортера 6 хлысты подаются под пильный механизм 9 с сохранением первоначально установленных положений хлыстов в группе. Отпиленные сортименты со стола отмера длин 10 сбрасываются в бункерный питатель 11 и далее поштучно передаются на сортировочный транспортер 12.

Исходя из сущности процесса поштучно-групповой раскряжевки по описанному выше способу, можно утверждать, что эффективность его применения определяется главным образом параметрами процесса формирования хлыстов в однородные группы.

При правильном подборе параметров этого процесса можно ощутимо увеличить загрузку и, соответственно, производительность раскряжевочной установки. При этом процесс формирования хлыстов в группы должен включать ряд операций по разделению некоторой совокупности разнородных хлыстов на однородные группы, каждая из которых раскраивается по индивидуальной схеме. То есть в процессе формирования групп хлыстов необходимо осуществлять также сортировку по определенным размерно-качественным признакам, характеризующим их однородность.

Формирование групп хлыстов с совмещением соответствующих сортиментных зон при опреде-

ленных условиях позволяет группировать хлысты разной длины и толщины как одной, так и разных пород. Это сокращает число сортировочных групп хлыстов, за счет чего загрузка и производительность раскряжевочной установки повышается. При укладке хлыстов в группы возможны различные варианты совмещения четырех сортиментных зон (рис. 3).

Разнообразие природных и производственных условий лесозаготовительных предприятий, применение различных типов оборудования, а также многообразие способов компоновки обусловливает большое число вариантов процесса групповой раскряжевки хлыстов. С практической точки зрения важно знать область эффективного его применения. Однако на сегодняшний день отсутствуют какие-либо рекомендации по практическому применению этого высокоэффективного способа обработки хлыстов. При этом процесс формирования однородных групп хлыстов в общей проблеме групповой раскряжевки является самым малоизученным.

Проблема решения данного вопроса состоит в том, что многовариантность процесса, изменчивость характеристик сырья и требований к продукции, воздействие на него большого количества случайных факторов не позволяют вести натурное исследование. Наиболее реальным путем достижения цели в данном случае является замена обычного эксперимента многофакторным машинным, необходимым условием проведения которого является предварительная разработка математической модели рассматриваемого процесса.

Библиографический список

1. Пособие для оператора полуавтоматических линий: учеб. пособие / Д.К. Воевода, В.А. Кирикеев, Я.М. Каплун и др. - М.: Лесная пром-сть, 1979. - 336 с.

2. Установка для групповой раскряжевки хлыстов / В.И. Слободин, Б.М. Кроменский, С.И. Кокшаров и др. // Лесоэксплуатация и лесосплав: Научно-технический реферативный сборник. - 1983. - № 5.

3. Способ производства круглых лесоматериалов / А.К. Редькин, С.К. Теслюк, А.С. Торопов и др. // Описание изобретения к авторскому свидетельству № 1798191 от 08.10.92.

ФАКТОРЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОШТУЧНО-ГРУППОВОЙ РАСКРЯЖЕВКИ ХЛЫСТОВ

А.К. СУХАНОВ, доц. каф. технологии и оборудования лесопромышленного производства МГУЛ

При поштучной раскряжевке хлыстов каждый из них обрабатывается индивидуально. Индивидуальная обработка хлыстов накладывает

значительные ограничения на возможность реализации максимальной пропускной способности раскряжевочных установок как с продольной,

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2007

121

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

так и с поперечной подачей. На их производительность в этом случае оказывает существенное влияние средний объем хлыста. Поэтому при значительном содержании тонкомерных и средних по толщине хлыстов в общем объеме обработки применение поштучного способа становится малоэффективным.

Поштучно-групповой способ обработки хлыстов исключает в той или иной степени зависимость пропускной способности раскряжевочных установок от среднего объема хлыста, а его применение в определенных условиях позволяет в 1,5-2 раза увеличить производительность установок практически без снижения выхода деловых сортиментов.

В настоящее время есть наработки по изменению конструкции существующих раскряжевочных установок и совершенствованию технологического процесса раскряжевки с целью применения поштучно-группового способа обработки хлыстов[1, 2, 5]. Однако несмотря на имеющийся опыт широкого применения в практике лесозаготовительных предприятий этот способ не нашел. Одним из основных факторов, сдерживающих его внедрение в производство, является отсутствие научно обоснованных рекомендаций по определению оптимальных параметров процесса и выбору эффективных технических средств для его реализации.

Процесс поштучно-групповой обработки хлыстов существенным образом отличается от процесса поштучной их раскряжевки. При таком способе часть хлыстов, требующих индивидуального раскроя (крупные, фаутные, особо ценные и др.), обрабатываются поштучно, а часть хлыстов, отвечающих принятым условиям однородности, объединяются в отдельные группы и обрабатываются по несколько штук одновременно. Отсюда следует, что для реализации такого способа необходимо включить в процесс обработки операцию по предварительному формированию их в группы. В результате выполнения этой операции поток пачек хлыстов, поступающих к раскряжевочным установкам на обработку, трансформируется в поток однородных групп хлыстов. При этом основным критерием однородности хлыстов для каждой группы является полное или частичное совпадение схем раскроя.

При поштучно-групповом способе обработки хлыстов производительность раскряжевочной установки будет определяться по формуле

Тсм ф Кр П =-----------1—

t

(1)

где Тсм - продолжительность смены;

ф1 - коэффициент использования установки по времени;

V - средний объем одной группы, м3; t - среднее время обработки одной группы. Нетрудно доказать, что при известном значении среднего объема хлыста qrf отношение V /ди есть не что иное, как среднее количество хлыстов в одной группе, т.е.

K = V /q . (2)

Отсюда средний объем одной группы будет равен

V = K q . (3)

где q^ - средний объем хлыста;

Кгр - среднее количество хлыстов в одной группе.

В то же время отношение V / q - это ве-

гр хл

личина, показывающая, во сколько раз средний объем одной группы больше среднего объема одного хлыста. Назовем эту величину коэффициентом группировки. Тогда производительность раскряжевочной установки, выраженная через этот коэффициент, будет определяться по формуле

П = Тсм ф1Кгр^хл (.)

11 см ' ' '

Из формулы (4) видно, что рост производительности раскряжевочной установки прямо пропорционален росту коэффициента группировки, величина которого отражает эффективность процесса предварительного формирования хлыстов в группы.

На процесс поштучно-групповой раскряжевки действует ряд ограничений. В частности, максимально возможное количество хлыстов в группе n будет ограничиваться максимально возможным соотношением размеров ее поперечного сечения с диаметром хлыста. При этом размеры поперечного сечения группы хлыстов должны соответствовать геометрическим параметрам пильного механизма раскряжевочной установки. Например, при использовании в качестве режущего инструмента круглых дисковых пил максимально возможные размеры поперечного сечения группы будет ограничиваться максимально допустимой высотой пропила Н и длиной пропила L Значения этих величин при заданных параметрах пильного аппарата раскряжевочной установки в расчетах должны приниматься постоянными.

122

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2007

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

При этом значение суммарного диаметра группы хлыстов D не должно превышать значения Н и

гр г пр

L , то есть

пр

D < Н , L . (5)

гр пр пр

При этом

n

D =У d.,

гр J ’

J =1

где dj - диаметр J-го хлыста.

Очевидно, что максимальное количество хлыстов в группе n будет зависеть от d. То есть каждому значению d. будет соответствовать определенное значение n. В силу того, что диаметры хлыстов d. всегда варьируют в определенных пределах, то n является переменной величиной. Например, при Н = L = 60см и d. = 20см, n = 3. При тех же значениях Н и L , но при d = 30см, n = 2.

пр пр’ г j ’

Необходимо отметить, что n всегда целое число, при этом любое дробное число, получаемое как частное от деления Нпр или Lпр на d, всегда округляется в меньшую сторону.

Среднее количество хлыстов в группе с учетом вышеназванных ограничений можно описать уравнением

n

K = 1P + 2P + 3P3 +... + iP +... + nP = У iP , (6)

гр 1 2 3 i n i ’ ' '

i=1

где i - количество хлыстов в группе (i = 1, 2,

3, ..., n);

n - максимально возможное количество хлыстов в группе;

Pj P2 P3 Pn - доля групп, обрабатываемых по 1, 2, 3, ., n хлыстов.

Доля групп, обрабатываемых соответственно по 1, 2, 3, ..., n хлыстов, определяется по формулам

N. N2 N3

P =___1 • P =_____2 • P =______3 • •

1 N N N

N. N

P =;...; P = —n,

. N n N

(7)

где N1,N2, N3,..., Nm - количество хлыстов, обработанных группами соответственно по

1, 2, 3,., n;

N - общее количество обработанных хлыстов. При этом

N = N1 + N2 + N3 +... + Nn =У N (8)

i=1

Величины, определенные по формулам (7), выражают вероятности обработки групп по 1, 2, 3, ., n хлыстов. С практической точки зрения важно знать распределение этих вероятностей, значения которых будут определяться как степенью однородности хлыстов, так и парамет-

рами процесса формирования их в группы. Значения этих вероятностей для конкретных условий с учетом степени влияния вышеназванных факторов можно определить только экспериментально.

Степень однородности хлыстов в данном случае необходимо рассматривать не только с точки зрения близости их размерных и качественных признаков, но и с точки зрения заданной спецификации вырабатываемых сортиментов. В реальных условиях оба эти фактора учитываются при планировании раскроя хлыстов, основной целью которого является разработка набора оптимальных схем раскроя для различных размернокачественных групп хлыстов, обеспечивающих выполнение заданных объемов сортиментов необходимого качества. В этом случае вся совокупность хлыстов в зависимости от применяемых к ним схем раскроя на этапе планирования может быть разделена на определенное количество однородных групп с учетом известных таксационных характеристик отведенного в рубку лесосечного фонда.

Процесс раскряжевки хлыстов с предварительным формированием их в группы можно осуществлять различными способами и с применением различных технических средств, что обуславливает большое количество технологических вариантов. Очевидно, что эффективность, а в конечном счете и целесообразность групповой раскряжевки, будет определяться совершенством технологического процесса и соответствием его параметров конкретным производственным условиям. Вместе с тем, здесь имеются непроверенные теорией и практикой способы компоновки элементов системы и типы связей между ними, что при определенных условиях может стать препятствием в достижении результата.

На процесс раскряжевки оказывает влияние целый ряд факторов природного и производственного характера. К основным из них относятся: размерно-качественная структура лесосечного фонда, спецификация и объемы производства сортиментов, технические и технологические параметры используемой системы машин.

Кроме того, на систему воздействует случайные факторы, к которым относятся изменчивость размерно-качественных характеристик хлыстов и неравномерность их поступления на обработку, неравномерность длительности обработки групп хлыстов, надежность используемых технических средств и др.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2007

123

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

В таком виде раскряжевка хлыстов относится к сложным процессам, которые характеризуются нелинейностью, разнообразием связей между параметрами, стохастичностью выполнения отдельных операций, изменением состояния процесса во времени, большим количеством ограничений. Осуществлять анализ такого процесса с достаточной точностью результатов традиционными аналитическими методами практически невозможно.

Наиболее реальным путем достижения цели в данном случае является замена натурного многофакторным машинным экспериментом, необходимым условием которого является разработка математической модели процесса. Основной целью математического моделирования при этом является определение основных показателей эффективности рассматриваемой системы, функционирующей в разных условиях.

Анализ процесса групповой раскряжевки хлыстов показывает, что его можно представить как процесс обслуживания. Поступление хлыстов на вход системы, с помощью которой осуществляется рассматриваемый процесс, необходимо представить в этом случае как некоторую заявку или требование, вынуждающее систему функционировать в соответствии с правилами принятой технологии. Подобные системы относятся к системам массового обслуживания.

Система массового обслуживания, как математическая модель технической системы, включает следующие основные элементы: входящий поток требований (заявок), очередь требований, обслуживающую систему, выходящий поток обслуженных требований.

К основным показателям качества функционирования системы относятся интенсивность входящего потока требований, интенсивность обслуживания, коэффициент загрузки системы, число требований, находящихся в системе и др.

В нашем случае основными показателями качества функционирования рассматриваемой системы являются среднее время формирования одной группы однородных хлыстов, среднее время раскряжевки одной группы, коэффициент загрузки раскряжевочной установки, среднее время ожидания обработки групп хлыстов, вероятность простоя системы по техническим и технологическим причинам, пропускная способность системы. Все эти параметры могут быть определены методами теории массового обслуживания.

Из сущности процесса поштучно-группового способа раскряжевки хлыстов вытекает, что его эффективность, определяемая пропускной способностью раскряжевочной установки, будет зависеть прежде всего от степени ее загрузки. Степень загрузки можно выразить через коэффициент загрузки, который определяется по формуле

N

K = —- (9)

з N ’ у

гр

где N^ - общее число хлыстов, обработанных за смену;

N - число обработанных за смену групп (число циклов).

Определим коэффициент загрузки с учетом закономерностей поступления хлыстов и его изменение при переходе от поштучного режима обработки к групповому способу. Для этого процесс загрузки раскряжевочной установки необходимо представить как линейную однофазную систему массового обслуживания, в которой требованием является входящий поток групп хлыстов, а обслуживанием - их раскряжевка. При этом продолжительность обслуживания групп хлыстов равна циклу их обработки на раскряжевочной установке t .

гр

Входящие потоки требований описываются распределением вероятностей поступления определенного числа заявок за определенный промежуток времени и интервалов времени между ними. Установлено, что потоки сырья в лесной промышленности являются главным образом пуассоновскими и эрланоговскими [3, 4]. Предположим, что к раскряжевочной установке поступает эрланговский поток хлыстов с параметром m. Для вычисления коэффициента загрузки определим вероятности поступления в одну группу определенного количества хлыстов при условии, что они являются однородными.

Используем для расчета вероятности появления в эрланговоском потоке ровно k требований за время t = t известную формулу

(к+1)m

Pp=p (t) = I

1 (mXt„)

- m^ t

e г,

(10)

i=km 1 !

где X - интенсивность потока;

е - основание натуральных логарифмов.

Поскольку количество хлыстов в группе в силу условий раскряжевки ограничено, то вероятности Ркп поступления в одну группу ровно k хлыстов при ограничении n будут равны

124

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2007