CC BY
48
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
В начале навигации при затоплении плотбища до необходимых уровней БПК всплывает и транспортируется потребителю за тягой буксировщика. Может осуществляться буксировка как отдельных БПК, так и составов из них, а также доставка их в составе пучковых плотов.
Выгрузка БПК из воды в пункте приплава может осуществляться различными способами в зависимости от их веса и применяемого выгрузочного оборудования. БПК весом до 20-30 т могут выгружаться с помощью портальных и плавучих кранов. БПК емкостью в сотни кубометров целесообразно выгружать на берег методом обсушки, т.е. заводить его в период стояния высоких уровней воды на специально подготовленную грузовую площадку, с которой вода уходит после окончания половодья. Опорожнение измельченной древесины из БПК может производиться также с помощью пневмо- и гидротранспортных установок.
По описанной технологии были изготовлены три опытных образца БПК: один на
базе Щелковского учебно-опытного лесхоза и два в производственных условиях Жешартско-го фанерного комбината (Республика Коми, река Вычегда). Опыты показали техническую возможность изготовления большегрузных плавучих контейнеров и их транспортировки по судоходным и временно судоходным рекам. Предельная дальность транспортировки определяется экономическими соображениями, а также способностью контейнера сохранять свои транспортные качества (прежде всего плавучесть и остойчивость) и качество перевозимого груза
Библиографический список
1. Патякин, В.И. Водный транспорт леса: учебник для вузов / В.И. Патякин, Ю.А. Дмитриев, А.А. Зайцев. - М.: Лесная пром-сть, 1985. - 336 с.
2. Комяков, А.Н. Сплав щепы в эластичных контейнерах / А.Н. Комяков // Лесная промышленность. - 1985. - № 6. - С. 25-26.
3. Карпачев, С.П. Транспорт щепы по воде в мягких плавучих контейнерах: обзорная информация / С.П. Карпачев, А.Н. Комяков. - М.: ВНИПИЭИ-леспром, 1986. - 36 с.
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ОСВОЕНИЯ БИОРЕСУРСОВ
из леса для нужд биоэнергетики
Е.Н. ЩЕРБАКОВ, доц. проректор по УМО МГУЛ, канд. техн. наук,
С.П. КАРПАЧЕВ, проф. каф. транспорта леса МГУЛ, д-р техн. наук,
А.Н. КОМЯКОВ, доц. каф. транспорта леса МГУЛ, канд. техн. наук
В статье [1] предложена технологическая схема освоения биоресурсов из леса для биоэнергетики в мягких контейнерах. В предложенной технологии определяющей машиной при операциях в лесу является руби-тельная машина. Она не должна простаивать. Простои рубительной машины возможны из-за потери времени на установку контейнеров под загрузку и их упаковку после загрузки. Для исключения простоев между рубительной машиной и контейнером установлен бункер щепы.
Детально узел работы рубительной машины с контейнерами и промежуточным бункером щепы представлен на рис. 1.
Представим математическую модель узла работы рубительной машины с контейнерами и промежуточным бункером щепы.
akomyakov@mail.ru Пусть за смену рубительная машина перерабатывает n деревьев (лесосечных отходов, топляков). В результате получается некоторый объем щепы Qщ
= Гт1 => П = 'ТиЪер.а (1)
/=1 ;=1
где n - число деревьев, переработанных рубительной машиной за смену;
Т - продолжительность смены,с; qdep t - объем i-ого дерева, захваченного манипулятором из штабеля, м3; h - коэффициент использования машины;
t - продолжительность цикла работы рубительной машины на обработке i-ого дерева, с:
*0l=Tu+*2/+T3/+T4i+T5i, (2)
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
107
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Рис. 1. Узел переработки древесной массы на топливную щепу и загрузки ее в контейнеры через промежуточный бункер
t . - время цикла наведения манипулятора на i-ое дерево, с;
t2i - время захвата i-ого дерева из штабеля, с;
t -время подачи i-ого дерева к рубитель-ной машине, с;
t4i -время измельчения i-ого дерева руби-тельной машиной, с;
t5i - время возврата манипулятора в исходное состояние, с.
т„=^*±, (3)
ft
где qT -скорость рубки дерева на щепу, м3/с.
Пусть за смену загружают и упаковывают m контейнеров. В результате получается некоторый объем щепы, загруженной в контейнер Q
г ^кон
т т
VZT о; = Т-Л => п = X ft™,/, (4)
j=i J=i
где m - число загруженных щепой и упакованных за смену контейнеров, шт.;
Т - продолжительность смены, с;
q кон. - объем j-го контейнера, м3;
h - коэффициент использования времени смены;
t - продолжительность цикла упаковки
j-ого контейнера, с;
Т0j =^1 j ^2] +1:зр
(5)
tj - время установка j -ого контейнера под загрузку, с;
t. - время загрузки j -ого контейнера, с; t - время упаковки j-ого контейнера, с.
Разрабатывая технологию загрузки контейнеров щепой от рубительной машины, необходимо стремиться к выполнению условия
n m
4dep.i ЯkohJ. (6)
i=l j=1
Условие (6) на практике может не выполняться. Объем переработанных на щепу деревьев может быть больше объема щепы, загруженной в контейнер
n m
(7)
i=1 М
Из-за неравномерности загрузки некоторый объем щепы может накапливаться в бункере
где q
к
4dep.i ЧбунЛ Q-KOH.j, (8)
i=1 i=1 7=1
. - объем бункера при измельчении i -ого дерева и заполнении j-го контейнера, м3.
108
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Максимальный объем бункера а,
J г ■1бунк.тах
должен быть таким, чтобы выполнялось условие
ЧбунЛ — Ябунк.max- (9)
/-1
Если объем бункера будет недостаточным, то рубительную машину придется периодически останавливать.
Работу рубительной машины и заполнение контейнеров удобно представить в виде Q - схемы.
Будем считать деревья (лесосечные отходы, топляки) заявками на обслуживание.
Эти заявки будем называть заявками первого уровня, которые поступают от источника И. Каждой заявке назначается атрибут, который идентифицируется с объемом дерева q Объем дерева qdp является случайным числом. Поступившая на обслуживающий прибор (в рубительную машину) заявка первого уровня воздействует на клапан Кя} и перекрывает вход в прибор другим заявкам, ставит их в очередь. Поступившая в прибор заявка обслуживается в канале К Длительность обслуживания заявки первого уровня определяется по формуле (1). После обслуживания заявка первого уровня расщепляется на заявки второго уровня. Заявки второго уровня - это заявки, которым назначается атрибут А2 идентифицируемый с некоторым минимальными объемами щепы, полученными после измельчения дерева. Минимальные объемы щепы q . назначаются из условия
возможности манипуляции ими при загрузке контейнеров через дозатор бункера. Число заявок второго уровня п2 определяется в зависимости от значения атрибута заявки первого уровня (объема дерева) по формуле
(10)
^ щепы.тт.
где q - значение атрибута заявки 1-ого уров-
ня (объем дерева), м3; q - значение атрибута заявки 2-ого
1 щепы.тт г J
уровня (минимальный объем щепы),
м3.
Заявки второго уровня попадают в накопительное устройство Н} (бункер щепы) и становятся в очередь к обслуживающему прибору (щепа накапливается в бункере и
ждет открытия дозатора). Очередь накопителя Н: ограничена некоторым максимальным объемом q, . Поступающие в очередь за-
явки второго уровня имеют атрибуты А которые хранят значения их объемов q . Эти значения суммируются при поступлении заявок в очередь. В накопитель Н: поступает максимальное число заявок, но при этом не допускается его переполнения очереди по объему
п2
7=1
■ — Q
4.J — Ч,
конт.max.-
(11)
Последняя заявка воздействует на клапан Кл2 и перекрывает вход заявкам второго уровня в очередь накопителя Н
Если клапан Кл3 открыт, то заявки второго уровня попадают на обслуживающий прибор (дозатор), где обслуживаются в канале К2. Длительность обслуживания заявки второго уровня определяется по формуле (4). После обслуживания заявки второго уровня попадают в накопительное устройство Н2 (контейнер). Накопитель имеет ограничение на прием заявок второго уровня по максимальному объему q . Поступающие в очередь заявки второго уровня имеют атрибуты А2, которые хранят значения их объемов q . Эти значения суммируются при поступлении заявок в накопитель Н В накопитель Н2 должно поступить максимальное число заявок, но при этом не допускается его переполнения по объему
п2
Я. щепы.тт л
уунк.тах.
(12)
i=i
Последняя заявка воздействует на клапан Кл3 и перекрывает вход заявкам второго уровня в очередь накопителя Н
Заявки второго уровня, накопленные в накопителе Н2 .образуют ансамбль, который формирует заявку третьего уровня (заполненный щепой контейнер). Заявка третьего уровня имеют атрибут А который идентифицируется с объемом контейнера и является случайным числом. После обслуживания в канале К2 заявка покидают систему.
Концептуальная модель узла работы рубительной машины с контейнерами и промежуточным бункером щепы представлена на рис. 2.
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 4/2010
109
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Рис. 2. Концептуальная модель узла работы рубительной машины с контейнерами и промежуточным бункером щепы
Таблица
Результаты дисперсионного анализа
Alias Effect Sum of Degrees of F - for Only Critical Value of F
Group Squares Freedom Main Effects (p=05)
T rub 148,951 88745,705 1 60,507 4,96
T upak 80,503 25923,100 1 17,675 4,96
41,362 6843,246 1 4,666 4,96
19,840 1574,537 1 1,074 4,96
V—derevo -1,577 9,950 1 0,007 4,96
Error 14666,932 10
Total 137763,469 15
Grand Mean 230,718
Особенности работы технологического узла как поток заявок на обслуживание:
- заявки первого уровня - деревья, лесосечные отходы и пр.;
- заявки второго уровня - минимальный объем щепы, доступный для манипуляции в технологическом процессе;
- заявки третьего уровня - объем контейнеров со щепой.
Концептуальная модель узла работы рубительной машины с контейнерами и промежуточным бункером щепы была реализована в виде компьютерной программы на языке GPSS/W. Компьютерная модель была использована в экспериментах.
Отсеивающий эксперимент (дисперсионный анализ) проводился с целью установления значимости различных факторов на производительность технологического узла производства щепы и упаковки контейнеров.
Анализируемые факторы и уровни их варьирования в экспериментах были приняты следующими:
1. Среднее время цикла переработки 0,01 м3 древесины на щепу -T_rub = 0,5 - 5с.
2. Среднее время цикла на установку контейнера под загрузку - T_upak = 0 - 60с.
3. Объем бункера - V , , = 0 - 1 м3.
4. Объем контейнера - V_kont = 20 -
- 1 м3.
5. Объем дерева - V , = 2 - 0,5 м3.
Результаты отсеивающего эксперимента представлены в таблице.
Из таблицы следует, что объем дерева (фактор V_derevo) не влияет на производительность узла. Наиболее значимыми факторами являются среднее время цикла переработки древесины на щепу (фактор T_rub) и среднее время цикла на установку контейнера под загрузку (фактор T_upak).
С учетом результатов отсеивающего эксперимента была составлена матрица эксперимента, цель которого получить уравнение регрессии, связывающее производительность узла с четырьмя факторами. В основу был положен В-план 2-го порядка.
110
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
