Оптимизация режимов работы форвадеров Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Литература

1. Захариков В.М. Определение эффективных систем машин лесосечных работ на расчетных и оптимизационных моделях // Сб. научн. тр. / - Вып. 118. М.:МЛТИ, 1981.- С. 5-8.

2. Редькин А.К. Основы моделирования и оптимизации процессов лесозаготовок: Учебник для вузов. - М.: Лесн. пром-сть, 1988. - 256 с.

3. Друк Л.В., Дорошенко В.А., Леонов Л.В. Выбор вариантов технологического оборудования первичной обработки древесины // Лесной журнал. -2000. - №2.- С.69 - 73.

4. Коган К.Г. Структурный анализ и предпроектные исследования лесоскладских технологических процессов. В кн.: Машинизация лесоскладских работ // Труды ЦНИИМЭ - Химки,1984- С. 164 - 158.

5. Редькин А.К., Якимович С.Б. Способ моделирования и проектирования технологических процессов лесопромышленного комплекса // Лесной вестник - 2000,- №4- С. 55 - 69.

6. Якимович С.Б. Состояния предмета труда и обрабатывающие действия - основа для измерения и синтеза технологических процессов // Рациональное использование лесных ресурсов: Материалы международной научно-практической конференции- Йошкар-Ола: МарГТУ, 1999. — С.103- 105.

7. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Высш. шк., 1998. - 576 с.

8. Таха X. Введение в исследование операций: в 2-х книгах. Кн. 1 / Пер. с англ. - М.: Мир, 1985. — 479 с.

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ФОРВАДЕРОВ

Ю.А. ШИРНИН, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «ТОЛП» МарГТУ, профессор, К.П. РУКОМОЙНИКОВ, студент МарГТУ

Рис. 1. Схема разработки лесосеки

При трелевке и вывозке сортиментов на рубках главного пользования могут выпиливаться крупные бревна, окучивание которых вручную невозможно. С другой стороны, любое перемещение бревен вручную сопряжено с риском получения травм, а при наличии соответствующей длины манипуля-

тора форвадера целесообразно именно его использовать для сбора пачки. Работа машины 5 при этом выполняется по схеме рис. 1, а, на волоке 1 шириной в производится валка всех деревьев, на полупасеках шириной е, предназначенных в рубку с оставлением части древостоя и подроста 2. После обрезки сучья 3 укладываются на волок. Сортименты 4 после раскряжевки остаются на месте. Они собираются и укладываются на коник манипулятором форвадера.

Время на сбор пачки сортиментов зависит от числа рабочих позиций. В свою очередь число рабочих позиций обратно пропорционально площади обрабатываемой форвадером с одной позиции. Схема к расчету площади представлена на рис. 1, б.

Если расстояние между рабочими позициями 1 и 2 а, = 2К, где Я - максимальный вылет грейфера манипулятора (м), то остается необработанной площадь 5н1, составляющая 27 % от обработанной площади

50=иЯ2. (1)

Снижение доли возможно двумя путями: уменьшением ширины обрабатываемой пасеки Д1 —» Д2; уменьшением расстояния между рабочими позициями а1->а2. Во втором случае появляется площадь двойного сегмента Бп, которая может обрабатываться как со второй, так и с третьей рабочей позиции. В связи с этим обрабатываемая с позиции 3 площадь будет равна

(2)

100 % обрабатываемости можно достигнуть путем уменьшения ширины пасеки А,, что и осуществляется на практике одновременно с уменьшением расстояния между рабочими позициями.

Для определения оптимального сочетания ширины пасеки и расстояния между рабочими позициями форвадера необходимо дополнительное теоретическое исследование.

Ширину разрабатываемой пасеки А можно найти, используя уравнение окружности:

(х-а)2 +{у-Ь)2 = Л2, (3)

где а, Ь - центр окружности.

\х2+у2=Я2..

[х2+(;у-ап1) = Л2.

Решив систему уравнений (4) для двух заданных окружностей с центрами О, (0, 0) и 02 (0, ап1) и радиусом Л, равным длине манипулятора, находим координаты точек А, В пересечения окружности:

у^а„/2-х=±(лЯ2-а1,)12/2.

Таким образом, искомое значение А определяется выражением:

А = («г-^,Г. (5)

При этом время цикла сбора и трелевки одной пачки сортиментов определяется по формуле

гг, I с м

Т =----ь/ +/. . -----1-

гг М.Л. Д.З.П тт

X с

10 4М

+

/

м

' Н" І

р.м.

.. + /-----------и /

у у +*М.П.’

г Р С

где /с - среднее расстояние трелевки, м; Ух, соответственно скорости перемещения машины в холостом, грузовом направлениях и скорость движения форвадера между рабочими позициями, м/с; *мл , гм п -соответственно время, затрачиваемое на маневры на лесосеке и погрузочном пункте, с; Ус - средний объем сортимента, м3; 3 п -

время на один цикл доставки грейфера, захвата сортимента и погрузки его на коник, с; М - объем пачки сортиментов, м3; ап - расстояние между рабочими позициями, м; ц -запас леса на га, м3; а - число деревьев из 10 относящихся к расчетному компоненту; к; - доля компонента; *р м - время на перевод технологического оборудования из транспортного положения в рабочее и, наоборот, с; гз - время одного цикла захвата группы сортиментов грейфером, переноса их из коника и укладки в штабель, с.

В этой формуле значительное влияние на процесс формирования пачки сортиментов оказывают 3-е и 4-е слагаемые.

______|Ч+, 1 (7)

Изменяя расстояние между рабочими позициями, можно добиться снижения их числа, необходимого для сбора пачки сортиментов, уменьшения времени цикла работы и, как следствие этого, повышения сменной производительности форвадера. Оптимальное значение ап (расстояние между рабочими позициями) будет то, в котором время на сбор пачки является минимальным. Этот показатель можно вычислить, найдя и приравняв к нулю производную от выражения (7). Произведя соответствующие преобразования, получим:

т.,

1\ д. з. п у ^

+

(8)

(9)

(6)

ааа

■!;-2(р,г(2«г-^)=0

Анализируя формулу (9) можно еде лать вывод, что такие параметры лесосеки как запас леса, средний объем хлыста и сор-

тимента, влияя на время цикла сбора и трелевки пачки, не воздействуют на оптимальное расстояние между рабочими позициями форвадера. Этот показатель зависит от технических характеристик машины, возможности их реализации и квалификации оператора. Исходя из этого соотношения, он может быть заранее рассчитан для любой марки машины, занятой на операции сбора и трелевки сортиментов.

Расчеты проводились для следующих условий: сплошная рубка, породный состав 6С2Б2Е, запас леса на 220 м3/га, среднее расстояние трелевки 80 м, средний объем сортимента 0,1 м3.

После подстановки параметров машин в уравнение (9), искомое значение оптимального расстояния между рабочими позициями составило для форвадеров Валмет 860С, PONSSE С15, Валмет 840, Тимберд-жек ЮЮБ, Фарми Трак 575F, ЛТ-189 и Терри 2040Д соответственно 8,8; 12,2; 8,8; 12; 9,2; 6,2; 5 м.

С целью решения вопроса о нахождении оптимального расстояния между рабочими позициями, определения эффекта от его изменения и проверки адекватности полученных результатов, по уравнению (7) были составлены графики зависимости расстояния между рабочими позициями и временем цикла сбора пачки сортиментов (рис. 2), которые подтвердили оптимальные значения ап.

Разработанные варианты сбора пачки сортиментов позволяют повысить эффективность эксплуатации форвадеров. При оптимальном расстоянии между рабочими позициями время цикла сбора пачки для этих машин может сократиться соответственно на величину до 4; 2; 4; 2; 5; 7; 10 % (в зависимости от типа машины и условий лесосеки).

- 610 ^

о

10

Зп

Рис. 2. Графики зависимости среднего расстояния между рабочими позициями и времени цикла сбора пачки лесоматериалов

Например, расчетная сменная производительность форвадера ЛТ-189 повышается в данных условиях работы машины с 69 до 73 м3, что составляет 106 % от первоначального показателя. Производителность Терри 2040Д возрастает на 5 %, производительность Фарми Трак 575Р и Валмет 860С увеличивается на 3 %.

Данная методика расчета позволяет учесть характерные условия применения машин, т.е. различные характеристики разрабатываемых лесосек, технологического процесса, способа разработки лесосеки, а значит, получить адекватные результаты. Поскольку предложенный метод носит теоретический характер, то для его уточнения требуется экспериментальное подтверждение.

Литература

Ширнин Ю.А. Технология и машины лесосечных работ при вывозке сортиментов: Учебное пособие. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 1996. - 148 с.