Научная статья на тему 'Моделирование работы многооперационной лесозаготовительной машины для производства сортиментов и пакетов из древесных отходов'

Моделирование работы многооперационной лесозаготовительной машины для производства сортиментов и пакетов из древесных отходов Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
62
14
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МНОГООПЕРАЦИОННАЯ ЛЕСНАЯ МАШИНА / ЛЕСОСЕЧНЫЕ ОТХОДЫ / ПАКЕТЫ ИЗ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ / ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / MULTIOPERATIONAL FORESTRY MACHINE / FOREST RESIDUES / BUNDLES / SIMULATION MODELING

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Карпачев Сергей Петрович, Запруднов Вячеслав Ильич, Быковский Максим Анатольевич

Предложена многооперационная лесная машина на базе тракторного процессора для раскряжевки деревьев и изготовления пакетов из древесных отходов. В статье приводятся результаты имитационного моделирования работы многооперационной машины. Рассматриваются две технологии работы машины. Первая технология предусматривает параллельную работу лебедки и машины. Вторая технология предполагает последовательную работу лебедки с машиной. Разработана математическая модель технологических процессов. План экспериментов по двум технологиям включал два варьируемых фактора: среднее расстояние трелевки и среднее число деревьев в трелюемой пачке (табл. 1, 2). Некоторые результаты экспериментов представлены в виде графиков на рис. 6–9. Как видно из графика на рис. 6, производительность выпуска пакетов из древесных отходов по технологии 1 падает с увеличением расстояния трелевки независимо от числа деревьев в трелюемой пачке. Производительность резко повышается с увеличением числа деревьев в трелюемой пачке с одного до двух на 40–50 %. Изменение длины средней очереди деревьев перед многооперационной машиной зависит от трелевки, которая представлена на рис. 7. Для одного и двух деревьев очередь деревьев увеличивается с уменьшением расстояния трелевки. При этом для пачки из одного дерева средняя длина очереди при среднем расстоянии трелевки 20 м чуть больше одного дерева, а для пачки из двух деревьев — 3000 деревьев, что может оказаться неприемлемо на практике. Из графика на рис. 8 видно, производительность выпуска пакетов из древесных отходов по технологии 2 также падает с увеличением расстояния трелевки независимо от числа деревьев в трелюемой пачке, как и по технологии 1. Производительность повышается с увеличением числа деревьев в трелюемой пачке с одного до двух примерно на 30 %, что меньше, чем по технологии 1. Графики производительности формирования пакетов по двум технологиям для трелюемой пачки из одного бревна приведены на графике рис. 9. Сравнение этих графиков показывает, что производительность формирования пакетов по технологии 1 примерно на 20–60 % выше, чем по технологии 2.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Карпачев Сергей Петрович, Запруднов Вячеслав Ильич, Быковский Максим Анатольевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Simulation of multioperational forestry machine for the production of lumbers and bundles of wood waste

A multioperational forestry machine on the basis of the tractor processor for bucking trees and making bundles from waste wood is proposed. The article presents the results of simulation of multioperational machines. We consider two technologies work. The first technology provides for parallel operation of the winch and the machine. The second technique involves the sequential operation of the winch with the machine. The mathematical model of technological processes was developed. Design of experiments for both versions included two variable factors: the average distance of skidding and the average number of trees in the pack of trees (table. 1). Some experimental results are presented in graphs in Fig. 6–9. As can be seen from the graph in Fig. 6, the capacity of bundles from waste wood in technology 1 decreases with increasing skidding distances regardless of the number of trees in the pack of trees. The performance increases sharply with the increase in the number of trees in the pack of trees with 1 to 2 by 40–50 %. Change of length average queue trees in front of multifunction machine depends on the skidding, which is shown in Fig. 7. For 1 and 2 trees, the queue of trees increases with a decrease in the length skidding. For the pack of trees of 1 tree average queue length with an average skidding distance of 20 m to slightly more than for 1 tree, and for pack of trees of 2 trees — 3,000 trees, which may be unacceptable in practice. From the graph in Fig. 8, the performance of the bundles from waste wood bucking under option 2 technologies also decreases with increasing skidding distances regardless of the number of trees in pack of trees, as technology 1. The capacity improves with increasing number of trees in the pack of trees with 1 to 2, about 30%, less than in technique 1. The charts the formation of bundles by two technologies for the pack of trees of 1 logs are shown on the graph Fig. 9. A comparison of these graphs shows that the capacity of the technology 1 approximately 20–60 % higher in comparison with the technology 2 depending on skidding distances.

Текст научной работы на тему «Моделирование работы многооперационной лесозаготовительной машины для производства сортиментов и пакетов из древесных отходов»

ISSN 2542-1468, Лесной вестник /Forestry Bulletin, 2019. Т. 23. № 1. С. 62-69. © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

Лесоинженерное дело Моделирование работы многооперационной лесозаготовительной машины...

УДК 630.78 DOI: 10.18698/2542-1468-2019-1-62-69

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ МНОГООПЕРАЦИОННОЙ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТИМЕНТОВ И ПАКЕТОВ ИЗ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ

С.П. Карпачев, В.И. Запруднов, М.А. Быковский

МГТУ им. Н.Э. Баумана (Мытищинский филиал), 141005, Московская область, г. Мытищи, ул. 1-я Институтская, д. 1 karpachevs@mail.ru

Предложена многооперационная лесная машина на базе тракторного процессора для раскряжевки деревьев и изготовления пакетов из древесных отходов. В статье приводятся результаты имитационного моделирования работы многооперационной машины. Рассматриваются две технологии работы машины. Первая технология предусматривает параллельную работу лебедки и машины. Вторая технология предполагает последовательную работу лебедки с машиной. Разработана математическая модель технологических процессов. План экспериментов по двум технологиям включал два варьируемых фактора: среднее расстояние трелевки и среднее число деревьев в трелюемой пачке (табл. 1, 2). Некоторые результаты экспериментов представлены в виде графиков на рис. 6-9. Как видно из графика на рис. 6, производительность выпуска пакетов из древесных отходов по технологии 1 падает с увеличением расстояния трелевки независимо от числа деревьев в трелюемой пачке. Производительность резко повышается с увеличением числа деревьев в трелюемой пачке с одного до двух на 40-50 %. Изменение длины средней очереди деревьев перед многооперационной машиной зависит от трелевки, которая представлена на рис. 7. Для одного и двух деревьев очередь деревьев увеличивается с уменьшением расстояния трелевки. При этом для пачки из одного дерева средняя длина очереди при среднем расстоянии трелевки 20 м чуть больше одного дерева, а для пачки из двух деревьев — 3000 деревьев, что может оказаться неприемлемо на практике. Из графика на рис. 8 видно, производительность выпуска пакетов из древесных отходов по технологии 2 также падает с увеличением расстояния трелевки независимо от числа деревьев в трелюемой пачке, как и по технологии 1. Производительность повышается с увеличением числа деревьев в трелюемой пачке с одного до двух примерно на 30 %, что меньше, чем по технологии 1. Графики производительности формирования пакетов по двум технологиям для трелюемой пачки из одного бревна приведены на графике рис. 9. Сравнение этих графиков показывает, что производительность формирования пакетов по технологии 1 примерно на 20-60 % выше, чем по технологии 2.

Ключевые слова: многооперационная лесная машина, лесосечные отходы, пакеты из древесных отходов, имитационное моделирование

Ссылка для цитирования: Карпачев С.П., Запруднов В.И., Быковский М.А. Моделирование работы многооперационной лесозаготовительной машины для производства сортиментов и пакетов из древесных отходов // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2019. Т. 23. № 1. С. 62-69. DOI: 10.18698/2542-1468-2019-1-62-69

Лесозаготовки предусматривают операции валки леса с последующей очисткой их от сучьев и раскряжевкой на сортименты [1]. На этих операциях сегодня применяют различные машины. Например, тракторные процессоры (рис. 1). Такие процессоры оснащаются компактным сучкорезно-раскряжевочным устройством, которое агрегатируются с недорогими тракторами общего назначения. В зависимости от технологии и типа рубок процессор дополнительно может быть оснащен лебедкой, манипулятором с захватом и даже срезающим устройством [2-5].

Основное преимущество тракторных процессоров — это их относительно невысокая цена по сравнению с харвестером. Еще одно преимущество — это невысокие требования к квалификации оператора. Тракторные процессоры особенно эффективны на малообъемных заготовках леса, на различных видах рубок ухода и санитарных рубках [6-10].

Рис. 1. Тракторный процессор HYPRO 300 [21] Fig. 1. Tractor processor HYPRO 300 [21]

К недостаткам тракторных процессоров, как и многих других лесозаготовительных машин, можно отнести то, что они не решают проблему утилизации лесосечных отходов. Технологически сброс веток, сучьев и вершинок тракторный процессор производит непосредственно перед сучкорезно-раскряжевочным устройством.

Иногда, после одного-двух обработанных деревьев, образуется куча отходов, которая затрудняет загрузку сучкорезно-раскряжевочного устройства. Если процессор не имеет манипулятора для уборки лесосечных отходов, тогда придется часто менять технологические стоянки. Для этого необходимо время, что снижает производительность процессора.

Цель работы

В настоящей статье предлагается рассмотреть работу лесной многооперационной машины, которая позволяет не только выполнять сучкорезно-раскряжевочные операции, но и осуществлять прием и пакетирование лесосечных отходов для нужд биоэнергетики [11-19].

Материалы и методы

Для обозначенных целей нами предлагается дооснастить процессор пакетоформирующим устройством (рис. 2). Это устройство включает приемный стол с прессующим приспособлением. Пакетоформирующее устройство предназначено для приема срезанных веток, сучьев и вершинок, и формирования из них спрессованных пакетов. По предлагаемой технологии предварительно сваленные деревья трелюют лебедкой к многооперационной лесной машине и затем перерабатывают в сортименты, а отходы прессуют в пакеты (рис. 3). Эффективность работы предложенной машины решено было исследовать на математических моделях [2-4, 20]. Приводим описание математических моделей работы многооперационной лесной машины по двум технологиям и результаты имитационных экспериментов с ними.

В модели время циклов работы всех устройств будем считать случайной величиной, распределенной по экспоненциальному закону.

Трелевка деревьев

Часовая производительность лебедки на трелевке деревьев определялась по формуле

3600 д

я.

м3/час,

(1)

■ ц.тр

где Qn — объем трелюемой пачки деревьев, м3;

Т

ц.тр

время цикла работы лебедки, с.

(2)

Затраты времени в грузовом и порожнем направлениях трелевки определялись возможной длиной каната

I I

тр тр

V. V,

t +t

с,

(3)

где vх — скорость трелевки при движении каната соответственно в грузовом и порожнем направлениях, м/с;

1тр — среднее расстояние трелевки, м. Среднее расстояние трелевки принято равным 20, 30 и 40 м (табл. 1).

Средний объем дерева зависит от его породы и возраста. В статье приняты следующие показатели дерева:

объем хлыста — 0,70 м3; объем кроны — 0,43 м3; объем дерева — 1,13 м3. Очистка деревьев от сучьев и раскряжевка на сортименты

Часовую производительность сучкорезно-раскряжевочного узла определяли по формуле

= 36в° gx , м3/час

ЦРУ

где qx — средний объем хлыста, м3.

(4)

Таблица 1

Расчетные средние значения времени циклов на трелевку в зависимости от среднего расстояния трелевки (/тр) и числа деревьев в трелюемой пачке (пдер) Calculated average values of cycle time for skidding depending on the average distance of skidding (1.р) and the number of trees in a trebled pack (идер)

/тр, м Л, дер Vx, м/с V, м/с ?ч, c tr, c tx, c t c отц? ^ T с

20 1 1,3 0,5 10 40 15 10 75

30 1 1,3 0,5 10 60 23 10 103

40 1 1,3 0,5 10 80 31 10 131

20 2 1,3 0,5 20 40 15 20 95

30 2 1,3 0,5 20 60 23 20 123

40 2 1,3 0,5 20 80 31 20 151

Время цикла, затрачиваемое на выполнение операций по трелевке деревьев лебедкой, определялась по формуле

где — время на чокеровку одного дерева, с; ¿г — время в грузовом направлении трелевки, с; (х — время на перемещение оператора с тяговым канатом к месту чокеровки, с; ¿отц — время на отцепку одного дерева, с.

Таблица 2 Расчетные значения времени цикла на работу сучкорезно-раскряжевочного устройства для числа сортиментов псорт = 3 Calculated values of the cycle time for operation of the delimbing-bucking device for the number of assortments исорт = 3

н "сорт «ш с ^ с Тц.пр, с

3 30 15 45

Рис. 2. Многооперационная лесная машина с устройством для пакетирования лесосечных отходов: 1 — сучкорезно-раскряжевочное устройство; 2 — манипулятор; 3 — пакетоформирующее устройство; 4 — лебедка; 5 — чокер; 6 — дерево; 7 — сортименты; 8 — пакетированные лесосечные отходы

Fig. 2. Multi-operational forest machine with a device for packing logging waste: 1 — delimbing-bucking device; 2 — manipulator; 3 — packet forming device; 4 — winch; 5 — choker; 6 — tree; 7 — assortments; 8 — packaged logging waste

Рис. 3. Технологическая схема сортиментной заготовки леса и пакетирования лесосечных отходов многооперационной лесной машиной: 1 — многооперационная лесная машина; 2 — сорти-ментовоз; 3 — сваленное дерево; 4 — чокеровка дерева; 5 — пачка сортиментов; 6 — пакеты лесосечных отходов; 7 — растущее дерево; 8 — штабель сортиментов; 9 — штабель пакетов; 10 — волок; 11 — лесовозная дорога Fig. 3. Technological scheme of assortment logging and packing of forest waste by a multioperational forest machine: 1 — a multioperational forest machine; 2 — timber log truck; 3 — felled tree; 4 — wood chopping; 5 — pack of assortments; 6 — packages of logging waste; 7 — growing tree; 8 — pile of assortments; 9 — stack of packages; 10 — fiber; 11 — forest road

Время цикла, затрачиваемое на выполнение операций по обрезке сучьев и раскряжевки дерева сучкорезно-раскряжевочным устройством, определяли по формуле

Кру='п+'с-р, с, (5)

где tYl — время на погрузку дерева в сучкорезно-раскряжевочное устройство, с; tj.-р — время на очистку ствола от сучьев и на раскряжевку, с.

Время на установку дерева в раскряжевочное устройство t„ будет зависеть от скорости действия лебедки, квалификации оператора, расположения дерева и пр. Среднее время на установку дерева было определено путем хронометража процессора HYPRO 300. Также было определено время на очистку дерева от сучьев и на раскряжевку (табл. 2).

Пакетирование древесных отходов

Часовую производительность пакетирующего узла можно определить по формуле

м3/час, (6)

ц.пак

где дотх — средний объем древесных отходов от одного дерева, м3.

Время цикла, затрачиваемое на выполнение операций по пакетированию древесных отходов, можно определить по формуле

^"ц.пак *с+ ^nai^ с (7)

где ^ — время на поступление сучьев в приемный стол, с; tnaK — время на пакетирование древесных отходов, с.

Результаты и обсуждение

Следует отметить, что очистка деревьев от сучьев и их поступление на приемный стол — это процессы, которые происходят одновременно.

Процесс пакетирования разумно совместить с операцией установки дерева в сучкорезно-раскряжевочное устройство. Заметим, что если время цикла пакетирования меньше времени цикла установки дерева, то цикл работы машины не будет зависеть от пакетирующего устройства. Если время цикла пакетирования больше времени цикла установки дерева, то цикл работы машины будет зависеть от работы как сучкорезно-раскряжевочного узла, так и от пакетирующего устройства. В данном случае было принято среднее время пакетирования. равное 20 с.

С использованием формул (1)-(7) была разработана имитационная модель технологического процесса и составлен план экспериментов.

Рассматриваются два варианта работы многооперационной машины совместно с лебедкой:

Сортименты

Пакеты

Рис. 4. Схема параллельной работы лебедки и многооперационной машины: И — источник заявок (деревьев); Кгрел — канал обслуживания заявки (дерева) на трелевке; Кс-р — канал обслуживания заявки (дерева) на сучкорезно-раскряжевочном устройстве; Кпогр — канал обслуживания заявки (сортиментов) на погрузке; Кпак — канал обслуживания заявки (лесосечные отходы) на пакетировании Fig. 4. Scheme of parallel operation of the winch and multioperation machine: И — the source of applications (trees); К^ — application service channel (tree) for skidding; Кс.р — the service channel of the application (tree) on the delimbing-bucking device; Кпогр — channel service applications (assortments) for loading; Кпак — application service channel (logging waste) on packaging

Рис. 5. Схема последовательной работы лебедки и многооперационной машины: Кл1 — клапан, который открывает доступ заявок (деревьев) на обслуживание, если прибор (тракторный процессор) свободен Fig. 5. Scheme of the sequential operation of the winch and the multi-operation machine: Кл1 — valve that allows access of applications (trees) for maintenance if the device (tractor processor) is free

1-й вариант — параллельная (независимая) работа лебедки и машины (рис. 4);

2-й вариант — последовательная (зависимая) работа лебедки и машины (рис. 5).

План экспериментов по двум технологиям включал два варьируемых фактора: среднее расстояние трелевки и среднее число деревьев в трелюемой пачке (см. табл. 1, 2).

Некоторые результаты экспериментов представлены в виде графиков на рис. 6-9.

Выводы

Производительность формирования пакетов из древесных отходов по технологии 1 падает с увеличением расстояния трелевки независимо от числа деревьев в трелюемой пачке, что ожидаемо (рис. 6). Отметим, что производительность резко повышается с увеличением числа деревьев в трелюемой пачке с одного до двух на 40-50 %.

I 35

I

3 я

Ё

0

5 S

1

05

в

о

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6

с

30

25

20'

15

10

2

1 ___/

20

25

30

35

40

Расстояние трелевки, м (цикл пакетирования — 20 с)

Рис. 6. Зависимость производительности выпуска пакетов из древесных отходов раскряжевки по технологии 1 от расстояния трелевки для одного (1) и двух (2) деревьев в трелюемой пачке Fig. 6. The dependence of the productivity of the release of packages from wood waste of bucking according to technology 1 on the distance of logging for one (1) and two (2) trees in a trunked bundle

Расстояние трелевки, м (цикл пакетирования — 20 с)

Рис. 7. Зависимость средней длины очереди деревьев к многооперационной машине по технологии 1 от расстояния трелевки для одного (1) и двух (2) деревьев в трелюемой пачке Fig. 7. The dependence of the average length of the queue of trees to a multioperational machine using technology 1 on the distance of skidding for one (1) and two (2) trees in a trunked pack

20 25 30 35 40

Расстояние трелевки, м (цикл пакетирования — 20 с)

Рис. 8. Зависимость производительности выпуска пакетов из древесных отходов раскряжевки по технологии 2 от расстояния трелевки для одного (1) и двух (2) деревьев в трелюемой пачке Fig. 8. The dependence of the performance of the release of packages from wood waste of bucking according to technology 2 on the distance of skidding for one (1) and two (2) trees in a trunked bundle

о

Расстояние трелевки, м (цикл пакетирования — 20 с)

Рис. 9. Зависимость производительности выпуска пакетов из древесных отходов раскряжевки по технологии 1 и технологии 2 от расстояния трелевки для одного дерева в трелюемой пачке Fig. 9. The dependence of the performance of the release of packages from wood waste of bucking according to technology 1 and technology 2 on the distance of skidding for one tree in a trunked packet

Изменение длины средней очереди деревьев перед многооперационной машиной зависит от протяженности трелевки (рис. 7). Для одного и двух деревьев очередь деревьев увеличивается с уменьшением длины трелевки. При этом для пачки из одного дерева средняя длина очереди при среднем расстоянии трелевки 20 м чуть больше одного дерева, а для пачки из двух деревьев — 3000 деревьев, что может оказаться неприемлемо на практике.

Производительность формирования пакетов из древесных отходов по технологии 2 также падает с увеличением расстояния трелевки независимо от числа деревьев в трелюемой пачке, как и по технологии 1 (рис. 8). Отметим, что производительность повышается с увеличением числа деревьев в трелюемой пачке с одного до двух примерно на 30 %, что меньше, чем по технологии 1.

Сравнение графиков производительности формирования пакетов по двум технологиям для трелюемой пачки из одного бревна (рис. 9) показывает, что производительность формирования пакетов по технологии 1 примерно на 20-60 % выше, чем по технологии 2.

Список литературы

[1] Карпачев С.П., Шмырев В.И., Шмырев Д.В. Моделирование раскряжевки хлыстов сучкорезно-раскряжевочной установкой и штабелевкой сортиментов погрузчиками разного типа // Транспорт: наука, техника, управление, 2016. № 3. С. 58-61.

[2] Карпачев С.П., Шмырев В.И., Шмырев Д.В. Моделирование доставки круглых лесоматериалов потребителям автопоездами // Экологические системы и приборы, 2016. № 2. C. 18-22.

[3] Карпачев С.П., Лозовецкий В.В., Щербаков Е.Н. Моделирование логистических систем лесных материа-лопотоков // Транспорт: наука, техника, управление, 2011. № 8. С. 16-20.

[4] Карпачев С.П., Шмырев В.И., Шмырев Д.В. Моделирование разгрузки пачек хлыстов и укладки их в плот сплоточ-но-транспортно-штабелевочными агрегатами // Транспорт: наука, техника, управление, 2016. № 1. С. 57-59.

[5] Шелгунов Ю.В. Машины и оборудование лесозаготовок, лесосплава и лесного хозяйства. М.: Лесная пром-сть, 1982. 520 с.

[6] Routa J., AsikainenA., Björheden R., Laitila J., Röser D. Forest energy procurement—state of the art in Finland and Sweden // WIREs Energy and Environment, 2013, no. 2 (6), pp. 602-613.

[7] Анисимов П.Н., Онучин Е.М. Оценка и способы повышения энергетической эффективности производства топливной щепы // Материалы XXI Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность», Томск, ТПУ, 2-4 декабря 2015 г Томск: Скан, 2015. Т. 1. C. 252-255.

[8] Кундас С.П., Позняк С.С., Родькин О.И., Саникович В.В., Ленгфельдер Э. Использование древесной биомассы в энергетических целях: научный обзор. Минск: МГЭУ им. А.Д. Сахарова, 2008. 85 с.

[9] Руководство по проведению санитарно-оздоровитель-ных мероприятий. Приложение 2 к Приказу Рослесхо-за от 29.12.2007. № 523. 32 с.

[10] Боровиков В.П. STATISTICA: искусство анализа данных на компьютере. Для профессионалов. СПб.: Питер, 2001. 656 с.

[11] Karpachev S.P., Zaprudnov V.I., Bykovskiy M.A., Scher-bakov E.N. Quantitative Estimation of Logging Residues by Line-Intersect Method // Croatian Journal of Forest Engineering, 2017, v. 38, no. 1, pp. 33-45

[12] Spinelli R., Hartsough B. A survey of Italian chipping operations // Biomass and Bioenergy, 2001, v. 21(6), pp. 433-444.

[13] Magagnotti N., Spinelli R. Good practice guidelines for biomass production studies; WG2 Operations research and measurement methodologies. Sesto Fiorentino, Italy: COST Action FP-0902 and CNR Ivalsa, 2012, 52 p.

[14] Eliasson, L., von Hofsten, H., Johannesson, T., Spinelli, R., Thierfelder, T. Effects of sieve size on chipper productivity, fuel consumption and chip size distribution for open drum chippers // Croatian Journal ofForest Engineering, 2015, v. 36(1), pp. 11-17.

[15] Spinelli R., Nati C., Magagnotti N. Recovering logging residue: experiences from the Italian Eastern Alps // Croatian Journal of Forest Engineering, 2007, v. 28(1), pp. 1-9.

[16] Matevz Mihelic, Raffaele Spinelli, Anton Poje Production of Wood Chips from Logging Residue under Space-Constrained Conditions // Croatian Journal of Forest Engineering, 2018, v. 39(2), pp. 223-232.

[17] Мохирев А.П., Керющенко А.А. Методика формирования технологической цепочки заготовки деловой и энергетической древесины // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2017. Т. 21. № 5. С. 17-22.

DOI: 10.18698/2542-1468-2017-5-17-22

[18] Gerasimov Y., Karjalainen T. Energy wood resources in Northwest Russia // Biomass and Bioenergy, 2011, no. 35, pp. 1655-1662.

[19] Rakopoulos C.D., Rakopoulos D.C., Giakoumis E.G., Dima-ratos A.M., Founti M.A. Comparative environmental behavior of bus engine operating on blends of diesel fuel with four straight vegetable oils of Greek origin: sunflower, cottonseed, corn and olive // Int. J. Green Energy Fuel, 2011, v. 90, pp. 3439-3446.

[20] Карпачев С.П. Логистика. Моделирование технологических процессов береговых складов. М.: МГУЛ, 2005. 132 с.

[21] Тракторный процессор HYPRO 300. URL: https:// i.ytimg.com/vi/9GrUKFSBRzw/maxresdefault.jpg (дата обращения 01.06.2018).

Сведения об авторах

Карпачев Сергей Петрович — д-р техн. наук, профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана (Мытищинский филиал), karpachevs@mail.ru

Запруднов Вячеслав Ильич — д-р техн. наук, профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана (Мытищинский филиал), zaprudnov@mgul.ac.ru

Быковский Максим Анатольевич — канд. техн. наук, доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана (Мытищинский филиал), bykovskiy@mgul.ac.ru

Поступила в редакцию 09.09.2018.

Принята к публикации 15.11.2018.

SIMULATION OF MULTIOPERATIONAL FORESTRY MACHINE

FOR THE PRODUCTION OF LUMBERS AND BUNDLES OF WOOD WASTE

S.P. Karpachev, V.I. Zaprudnov, М.А. Bykovskiy

BMSTU (Mytishchi branch), 1, 1st. Institutskaya, 141005, Mytishchi, Moscow reg., Russia karpachevs@mail.ru

A multioperational forestry machine on the basis of the tractor processor for bucking trees and making bundles from waste wood is proposed. The article presents the results of simulation of multioperational machines. We consider two technologies work. The first technology provides for parallel operation of the winch and the machine. The second technique involves the sequential operation of the winch with the machine. The mathematical model of technological processes was developed. Design of experiments for both versions included two variable factors: the average distance of skidding and the average number of trees in the pack of trees (table. 1). Some experimental results are presented in graphs in Fig. 6-9. As can be seen from the graph in Fig. 6, the capacity of bundles from waste wood in technology 1 decreases with increasing skidding distances regardless of the number of trees in the pack of trees. The performance increases sharply with the increase in the number of trees in the pack of trees with 1 to 2 by 40-50 %. Change of length average queue trees in front of multifunction machine depends on the skidding, which is shown in Fig. 7. For 1 and 2 trees, the queue of trees increases with a decrease in the length skidding. For the pack of trees of 1 tree average queue length with an average skidding distance of 20 m to slightly more than for 1 tree, and for pack of trees of 2 trees — 3,000 trees, which may be unacceptable in practice. From the graph in Fig. 8, the performance of the bundles from waste wood bucking under option 2 technologies also decreases with increasing skidding distances regardless of the number of trees in pack of trees, as technology 1. The capacity improves with increasing number of trees in the pack of trees with 1 to 2, about 30%, less than in technique 1. The charts the formation of bundles by two technologies for the pack of trees of 1 logs are shown on the graph Fig. 9. A comparison of these graphs shows that the capacity of the technology 1 approximately 20-60 % higher in comparison with the technology 2 depending on skidding distances.

Keywords: multioperational forestry machine, forest residues, bundles, simulation modeling

Suggested citation: Karpachev S.P., Zaprudnov V.I., Bykovskiy M.A. Modelirovanie raboty mnogooperatsionnoy lesozagotovitel'noy mashiny dlyaproizvodstva sortimentov ipaketov iz drevesnykh otkhodov [Simulation of multioperational forestry machine for the production of lumbers and bundles of wood waste]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2019, vol. 23, no. 1, pp. 62-69. DOI: 10.18698/2542-1468-2019-1-62-69

References

[1] Karpachev S.P., Shmyrev V.I., Shmyrev D.V. Modelirovanie raskryazhevki khlystov suchkorezno-raskryazhevochnoy usta-novkoy i shtabelevkoy sortimentov pogruzchikami raznogo tipa [Simulation of bucking Khlysty with a delimbing-bucking installation and piling assortments with loaders of different types] Transport: nauka, tekhnika, upravlenie [Transport: science, technology, management], 2016, no. 3, pp. 58-61.

[2] Karpachev S.P., Shmyrev V.I., Shmyrev D.V. Modelirovanie dostavki kruglykh lesomaterialov potrebitelyam avtopoezdami [Modeling the delivery of round timber to consumers by road trains] Ekologicheskie sistemy i pribory [Ecological Systems and Devices], 2016, no. 2, pp. 18-22.

[3] Karpachev S.P., Lozovetskiy V.V., Shcherbakov E.N. Modelirovanie logisticheskikh sistem lesnykh materialopotokov [Modeling of logistic systems of forest material flows]. Transport: nauka, tekhnika, upravlenie [Transport: science, technology, management], 2011, no. 8, pp. 16-20.

[4] Karpachev S.P., Shmyrev VI., Shmyrev D.V. Modelirovanie razgruzkipachek khlystov i ukladki ikh vplotsplotochno-transport-no-shtabelevochnymi agregatami [Simulation of unloading packs of whips and placing them in a raft of rattan-transport-piling units]. Transport: nauka, tekhnika, upravlenie [Transport: science, technology, management], 2016, no. 1, pp. 57-59.

[5] Shelgunov Yu.V. Mashiny i oborudovanie lesozagotovok, lesosplava i lesnogo khozyaystva [Machines and equipment for logging, timber floating and forestry]. Moscow: Lesnaya prom-st' [Forest industry], 1982, 520 p.

[6] Routa, J., Asikainen, A., Bjorheden, R., Laitila, J., Roser, D. Forest energy procurement in Finland and Sweden // WIREs Energy and Environment, 2013, no. 2 (6), pp. 602-613.

[7] Anisimov P.N., Onuchin E.M. Otsenka i sposoby povysheniya energeticheskoy effektivnosti proizvodstva toplivnoy shchepy [Evaluation and ways to improve the energy efficiency of the production of fuel chips] Materialy XXI vserossiyskoy nauch-no-tekhnicheskoy konferentsii «Energetika: effektivnost', nadezhnost', bezopasnost'», Tomsk, TPU, 2-4 dekabrya 2015 g. [Proceedings of the XXI All-Russian Scientific-Technical Conference «Energy: Efficiency, Reliability, Safety», Tomsk, TPU, December 2-4, 2015]. Tomsk: Scan, 2015, v. 1, pp. 252-255.

[8] Kundas S.P., Poznyak S.S., Rod'kin O.I., Sanikovich V.V., Lengfel'der E. Ispol'zovanie drevesnoy biomassy v energeticheskikh tselyakh: nauchnyy obzor [Use of woody biomass for energy purposes: a scientific review]. Minsk: MSEU named after A. Sakharov, 2008, 85 p.

[9] Rukovodstvo po provedeniyu sanitarno-ozdorovitel'nykh meropriyatiy. Prilozhenie 2 k Prikazu Rosleskhoza ot 29.12.2007 № 523 [Guide to sanitary and recreational activities. Appendix 2 to the Order of the Federal Forestry Agency of 29.12.2007 No. 523]. 32 p.

[10] Borovikov V.P. STATISTICA: iskusstvo analiza dannykh na komp'yutere. Dlyaprofessionalov [STATISTICA: the art of analyzing data on a computer. For professionals]. St. Petersburg: Peter, 2001, 656 p.

[11] Karpachev S.P., Zaprudnov V.I., Bykovskiy M.A., Scherbakov E.N. Quantitative Estimation of Logging Residues by Line-Intersect Method. Croatian Journal of Forest Engineering, 2017, v. 38, no. 1, pp. 33-45

[12] Spinelli R., Hartsough B. A survey of Italian chipping operations. Biomass and Bioenergy, 2001, v. 21 (6), pp. 433-444.

[13] Magagnotti N., Spinelli R. Good practice guidelines for biomass production studies; WG2 Operations research and measurement methodologies. Sesto Fiorentino, Italy: COST Action FP-0902 and CNR Ivalsa, 2012, 52 p.

[14] Eliasson, L., von Hofsten, H., Johannesson, T., Spinelli, R., Thierfelder, T. of Forest Engineering, 2015, v. 36 (1), pp. 11-17.

[15] Spinelli R., Nati C., Magagnotti N. Recovering and the Eastern Alps: The Croatian Journal of Forest Engineering, 2007, v. 28 (1), pp. 1-9.

[16] Matevz Mihelic, Raffaele Spinelli, Pope Production of Wood Chips from Logging Residue under Space-Constrained Conditions // Croatian Journal of Forest Engineering, 2018, v. 39 (2), pp. 223-232.

[17] Mokhirev A.P., Keryushchenko A.A. Metodika formirovaniya tekhnologicheskoy tsepochki zagotovki delovoy i energetich-eskoy drevesiny [Methods of forming the technological chain of harvesting business and energy wood]. Forest Messenger / Forestry Bulletin, 2017, v. 21, no. 5, pp. 17-22. DOI: 10.18698 / 2542-1468-2017-5-17-22

[18] Gerasimov Y., Karjalainen T. Energy resources in Northwest Russia // Biomass and Bioenergy, 2011, no. 35, pp. 1655-1662.

[19] Rakopoulos C. D., Rakopoulos D. C., Giakoumis E. G., Dima-ratos A. M., Founti M. A. For example, sunflower, cottonseed, corn and olive. Int. J. Green Energy Fuel, 2011, v. 90, pp. 3439-3446.

[20] Karpachev S.P. Logistika. Modelirovanie tekhnologicheskikh protsessov beregovykh skladov [Logistics. Modeling of technological processes of onshore warehouses]. Moscow: MGUL, 2005, 132 p.

[21] Traktornyy protsessor HYPRO 300 [HYPRO 300 tractor processor]. URL: https://Lytimg.com/vi/9GrUKFSBRzw/ maxresdefault.jpg (accessed 01.06.2018).

Authors' information

Karpachev Sergey Petrovich — Dr. Sci. (Tech.), Professor of BMSTU (Mytishchi branch),

karpachevs@mail.ru

Zaprudnov Vyacheslav Il'ich — Dr. Sci. (Tech.), Professor of BMSTU (Mytishchi branch),

zaprudnov@mgul.ac.ru

Bykovskiy Maksim Anatol'evich — Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Professor of BMSTU (Mytishchi branch),

bykovskiy@mgul.ac.ru

Received 09.09.2018.

Accepted for publication 15.11.2018.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.