Оптимизация в системе автоматизированного проектирования параметров размещения лесовозных усов и погрузочных пунктов на лесосеках Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ОПТИМИЗАЦИЯ В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ЛЕСОВОЗНЫХ УСОВ И ПОГРУЗОЧНЫХ ПУНКТОВ НА ЛЕСОСЕКАХ

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

ПС. РЫБНИКОВ, асп. каф. промышленного транспорта стоительства и геодезии ВГЛТА

При размещении дорог в сырьевых базах лесозаготовительных предприятий стремятся снизить до минимума затраты на вывозку древесины [1, 2]. Ограничение размеров лесосек, устанавливаемое правилами рубок леса в Российской Федерации, приводит к значительным объемам строительства лесовозных усов, а поэтому очень важно найти оптимальные схемы размещения усов. В работе [3] получена зависимость для установления положения лесовозного уса на лесосеке, характеризующегося меньшими затратами. В работах [4, 5] определено оптимальное смещение уса по направлению грузопотока по ветке, но без учета изменения расстояний между погрузочными пунктами, которое зависит от среднего расстояния трелевки. Кроме этого в работе [5] не рассмотрен вариант примыкания трелевочных волоков длинных и коротких пасек под разными углами. Анализ работ [1-8], посвященных размещению лесовозных усов и погрузочных пунктов на лесосеках, показал, что их основной недостаток - это раздельный поиск взаимосвязанных параметров размещения усов и погрузочных пунктов, хотя данные задачи должны решаться одновременно.

Авторы разработали алгоритм поиска оптимального положения лесовозного уса на лесосеке и размещения погрузочных пунктов для двух вариантов расположения трелевочных волоков:

- вариант 1 - магистральные волоки расположены вдоль уса, пасечные волоки со стороны магистрали (в коротких пасеках) размещаются перпендикулярно усу, а пасечные волоки со стороны границы зоны тяготения магистрали (в длинных пасеках) размещаются параллельно направлению ветки;

- вариант 2 - пасечные волоки расположены параллельно усу, магистральный волок

dmafonichev@yandex.ru

со стороны магистрали (в коротких пасеках) размещается перпендикулярно усу, а магистральный волок со стороны границы зоны тяготения магистрали (в длинных пасеках) размещаются параллельно направлению ветки.

Реализация алгоритма (рисунок) предполагает ввод следующих исходных данных: dy - ширина зоны тяготения к усу (ширина лесосеки), км; сПП - затраты на устройство, содержание и ликвидацию погрузочного пункта, руб.; a0 - протяженность магистрального волока за пределами пасеки, км; aK - расстояние от конца магистрального волока до границы пасеки, км. kPM - коэффициент удлинения магистрального волока; СМВ - удельная стоимость устройства и ликвидации магистрального волока, руб./км; уЛ - ликвидный запас древесины на лесосеке, м3/га; Ьш - стоимость трелевки по магистральному волоку при основных работах, руб./(м3-км); s - расстояние от оси уса до бровки магистрального волока, км; bM - стоимость трелевки по магистральному волоку при подготовительных работах, руб/ (м3-км); а - угол примыкания уса к ветке, град.; kPn - коэффициент удлинения пасечного волока; СПВ - удельная стоимость устройства и ликвидации пасечного волока, руб/км; aП - расстояние от конца пасечного волока до границы пасеки, км; sMB - ширина магистрального волока, км; as - расстояние от конца пасечного волока до оси уса, км; a - ширина зоны тяготения к пасечному волоку, км; Ьпв - стоимость трелевки по пасечным волокам при основных работах, руб./(м3-км); bn - стоимость трелевки по пасечным волокам при подготовительных работах, руб./(м3-км); kPB - коэффициент удлинения ветки; Ьв - стоимость вывозки по ветке, руб/(м3-км); sу - ширина лесовозного уса, км; А - шаг изменения ширины пасеки dnMs, км; dnMmin - минимальная ширина пасеки, км. Для

150

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Рисунок. Блок-схема алгоритма расчета параметров размещения лесовозного уса и погрузочных пунктов на лесосеке

варианта 2 не требуется ввод двух параметров: b„, и a.

Варьируемый параметр dUМе - глубина пасеки со стороны магистрали, в нем и во всех величинах, которые являются его функциями, присутствует переменный индекс е, который принимает значения от 1 с интервалом приращения 1 в процессе перебора возможных величин dUMe. Для варианта размещения уса по

краю лесосеки варьируемого параметра нет, но для отделения показателей этого варианта все параметры, которые являются функциями ширины зоны тяготения к усу d^/ , имеют дополнительный индекс 0.

Результатом вычислительной процедуры являются значения параметров размещения лесовозного уса и погрузочных пунктов на лесосеке: dnM - глубина пасеки со сторо-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

151

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ны магистрали, км; ^ПГ - глубина пасеки со стороны границы зоны тяготения магистрали, км; / - расстояние между погрузочны-

ми пунктами со стороны магистрали, км; /

- расстояние между погрузочными пунктами со стороны границы зоны тяготения магистрали, км. Указанные параметры соответствуют минимальным суммарным удельным затратам на вывозку древесины по ветке, трелевку и устройство погрузочных пунктов zyTB.

Минимальные суммарные удельные затраты на вывозку древесины по ветке, трелевку и устройство погрузочных пунктов выбираются из всех рассматриваемых вариантов с разными значениями варьируемого параметра dnMfe и варианта с размещением уса по краю лесосеки при котором dnM = 0 и /ПМ = 0.

Суммарные удельные затраты на вывозку древесины по ветке, трелевку и устройство погрузочных пунктов для е-го значения варьируемого параметра d определяются по формуле

_ _ кРВЪв (dnMe — 0, )

2УТВе ~ ■ +

sin а

I ^СПП + ZMBMe + 2ПВМе + 2МВГе + 2ПВГе , (1)

Я Me + Яге

где zMBMe - затраты на устройство магистральных трелевочных волоков и на трелевку древесины по ним со стороны магистрали, руб.;

zTBMe - затраты на устройство пасечных трелевочных волоков и на трелевку древесины по ним со стороны магистрали, руб.;

2мвГе - затраты на устройство магистральных трелевочных волоков и на трелевку древесины по ним со стороны границы зоны тяготения магистрали, руб.;

2ПвГе - затраты на устройство пасечных трелевочных волоков и на трелевку древесины по ним со стороны границы зоны тяготения магистрали, руб.;

qMe - объем заготавливаемой древесины в пасеке со стороны магистрали, м3;

qre - объем заготавливаемой древесины в пасеке со стороны границы зоны тяготения магистрали, м3.

qMe 100УЛ /ПМе dnMe; qre 100Ул /ПГе (^ПГе' (2)

Глубина пасеки со стороны границы зоны тяготения магистрали dUFe зависит от варьируемого параметра dUMe

d^r = d - d„.. (3)

Для варианта 1 расчет параметров и показателей размещения лесовозного уса и погрузочных пунктов на лесосеке (/пмe, z^M^

^, /ПГe, ZMB^ 2тт) производится в следуЮщей последовательности по формулам

. (4)

^ПМе — 0,14

ZMBMe ~ крм

спп крм^мв (°о ак )

\ Удк-РМ \рМВ (^ПМе “О"*"

СМВ (а0 + УПМе ~ ак

+50у л1ПМе [Ьш {dnMe — —s) + bMs~\{2a0 — ак + 1ПМе)

Сщ ПМе ~ап~ SMB ~ aS )

(5)

z =k l *

*ПВМе гуРП1ПМе

а

+50улЦ’пвУ^пМе ~S)(dnMe

~ап ~ S) iS ~ SMB ) х

Х(5 — SMB ~ aS )]

.. (6)

^ПГе 0,14

сш sin а + кшСш (а0 sin а -аК)

\ УЛ^РМ \j*MB (dПГе “О"*" ^MS~\ S^n а

. (7)

^ МВТе

-к

РМ

''МВ

а0 IПГе

а

К

+

sin а.

+50ул(

Л ПГе

2«о“ — sin а.

. (8)

+

Х\рШ (dПГе ^) + ^MS]

-1-5 0у л^ПГе [Ъмв (^ПГе ^MS~\

Z =к I *ПВГе п'РП1ПГе

Спв(^ПГе аП S MB as)

а

+50улх

Ьщ(^ПГе S^dnre °П Д)

+

. (9)

sina

+К (s—sm ys—sm —as )

Для варианта 2 расчет параметров и показателей размещения лесовозного уса и погрузочных пунктов на лесосеке (/ШМе - протяженность магистрального волока в пасеке

z Z

ПМе MBMe’ ПBMe’

со стороны магистрали, км, /П /МВГе - протяженность магистрального волока в пасеке со стороны границы зоны тяготения

152

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

магистрали, км, 1ПГе, zMBre, znBre) производится в следующей последовательности по формулам = kot ,(ars + dmj - a г - 5). (10)

MBMe PMv 0 ПМе K 7 v 7

W-ОД4,

Cma ^nUe^nB^PniPnJrSmУ^^МВМе^МВа

ZMBMe к PM

улкрП^ЬПв (dnMe

Cm ip0 + dnMe ~aK ~s^)+

+100у л^т^ПМе [(ao +

+0,5 (dnMe — aK — s)) x

x(dnMe-s) + a0s]

. (11)

. (12)

2ПВМе ~ кPII dnMe °П

drrjis^C,

TJMe TJB

+

a . (13) +50ул/ЯМг \bnB (dnMe — s) + bns]}

/ - к

lMBPe n7>M

a0 +

dПГе aK S

sin a

/лг,=0Д4

СПП a~dnre Спв^рп ipn^~S MB )ЦиВГе CMB °

Y Л^‘РПС\рПВ ^ПГе ,0^7‘У]

(14)

. (15)

“МВГе крМ{Смв\ a0+~

dnre aK S

AI a„+-

sina у dnre~QK~S^

00у Л^МВ^ПГеХ

2sina

(dllfe SYa0S

. (16)

}

2ПВГе крп ОпГе an

d,,r„C

ПГеПВ

a

+50y л1ПГе \ЬПВ (рПГе s) + bns]}

. (17)

При размещении лесовозного уса по краю лесосеки формула (1) упрощается, так как остается только одна сторона относительно уса, а суммарные удельные затраты на вывозку древесины по ветке, трелевку и устройство погрузочных пунктов определяются по формуле

ZyTB0 (сПП + ZMBr0 + ZПВГ0)/^Г0, (18)

где zMBr0 - затраты на устройство магистральных трелевочных волоков и на трелевку древесины по ним при размещении лесовозного уса по краю лесосеки, руб.;

znBr0 - затраты на устройство пасечных трелевочных волоков и на трелевку древесины по ним при размещении лесовозного уса по краю лесосеки, руб.; qr0 - объем заготавливаемой древесины в пасеке, м3.

Чг0 = 100Ул1пи^у (19)

Для варианта 1 при положении уса по

краю лесосеки расчет параметров и показателей размещения погрузочных пунктов на лесосеке zmb^ znBr0) производится в следу-

ющей последовательности по формулам

/яго-ОД4

спп^та+крмСш(а0&та иК^)

У Л^РМ ^midy s 0,55y^f (js+0,5 5у ) sina

7 — ]г

*МВГ0 лРМ

с,

МВ

ао + ^пго

sin a J

+50у л1,

л*пг о

2«о- —

„ sin а у х[Ьмв (dy ~ s — 0,5sy )+ +ЬМ + 0,5sy )] +

“bSOynr(\-bmb (dy — s — -0,5 sy) + bM(s + 0,5sy )]

. (20)

(21)

_ 1 j fCnBidy an sMB as)

2ПВГ0~КРП1ПГ01 +

a

+50ул[

bneidy s Q’^Sy^dy an s 0,5^)^ (22)

sina

+bjj(s+0,5sy sMB^s+0,5sy sm я5)]}

Для варианта 2 при положении уса по краю лесосеки расчет параметров и показателей размещения погрузочных пунктов на

лесосеке ^МВ^ ^ ZMВГ0, znBr0) производится

в следующей последовательности по формулам

1 -к

1МВГ 0 ^РМ

^пго ОД 4

а0 +

dy ~аК —s — 0,5Sy

sin a

сппа dyCnBkPIIx х(ап +smb мвгйСта

Ул^рпа1Рпв (dy s

-0,5^ )+bn (5+0,5sy )]

(23)

(24)

2мвго ~kPM {Сш I aQ +

+1 OOy ЛЬШ1ПГ0 x[

aQ+

dy —cig —s—0,5^ sina j dy —aK —s—

+

Л . (25)

2sina

x(dy -s-0,5syy±a0 (я-0,5^у)]}

/

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

153

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ZnBrO~kpnWnrO аП SMB )Х{

dX

У^ПВ

а

+50ул/ягох

(dy s 0,55у)+6я(5+0,55у)]}

(26)

Представленные алгоритм и аналитические зависимости дополняют математическое обеспечение системы автоматизированного проектирования сетей дорог в сырьевых базах лесозаготовительных предприятий и автоматизированной системы технологической подготовки лесозаготовительного производства. На основе приведенного в данной работе алгоритма авторы разработали программу для ЭВМ.

Библиографический список

1. Ильин, Б.А. Основы размещения лесовозных дорог в сырьевых базах лесозаготовительных предприятий / Б.А. Ильин. - Л.: ЛТА, 1987. - 63 с.

2. Афоничев, Д.Н. Алгоритм расчета в системе автоматизированного проектирования оптимальных параметров размещения лесовозных веток и усов / Д.Н. Афоничев // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2010. - № 5. - С. 82-86.

3. Афоничев, Д.Н. Размещение лесовозного уса на лесосеке / Д.Н. Афоничев // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2009. - № 3. - С. 92-94.

4. Пядухов, А.В. Размещение лесовозного уса на лесосеке с учетом направления грузопотока / А.В. Пядухов // Ресурсосберегающие и экологически перспективные технологии и машины лесного комплекса будущего: Матер. междунар. научно-практич. конф., посвящ. 55-лет. лесоинженерного факультета ВГЛТА / ВГЛТА. - Воронеж, 2009. - С. 340-344.

5. Пядухов, А.В. Влияние угла примыкания лесовозного уса к ветке на величину смещения уса по направлению грузопотока / А.В. Пядухов // Актуальные проблемы лесного комплекса: Межьуз. сб. науч. тр. / ВГЛТА. - Воронеж, 2010. - Вып. 1. - Т 2. - С. 98-103.

6. Иевлев, А.И. Моделирование и оптимизация лесопромышленных процессов . В 2-х ч. Ч. 2. / А.И. Иевлев, И.А. Сидельников. - Воронеж: ВГЛТА, 1997. - 76 с.

7. Афоничев, Д.Н. Оптимизация размещения внутриплощадочных дорог в сырьевых базах лесозаготовительных предприятий / Д.Н. Афоничев // Природопользование: ресурсы, техническое обеспечение: межвуз. сб. научн. тр. / ВГЛТА. - Воронеж, 2007. - Вып. 3. - С. 36-42.

8. Афоничев, Д.Н. Размещение погрузочных пунктов вдоль лесовозного уса / Д.Н. Афоничев, А.В. Пядухов, П.С. Рыбников // Перспективные технологии, транспортные средства и оборудование при производстве, эксплуатации, сервисе и ремонте: Межвуз. сб. науч. тр. / ВГЛТА. - Воронеж, 2010. - Вып. 5. - С. 84-87.

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОСОГЛАСОВАННОЙ

работы комплектов адаптивно-модульных лесных машин

К.П. РУКОМОЙНИКОВ, доц., докторант каф.ТОЛПМарГТУ, канд. техн. наук

Перед лесозаготовителями постоянно встает проблема подбора систем машин, позволяющих обеспечить бесперебойную работу в конкретных природно-производственных условиях с минимальными затратами [1]. Особую значимость постановка данного вопроса приобретает при попытке обоснования эффективной технологии использования адаптивно-модульных лесных машин. Возникает необходимость анализа не отдельной лесозаготовительной единицы, а совокупности энергетических и технологических модулей, попарно функционирующих на лесосеке с возможностью их взаимозаменяемости, комбинирования и дополнения при выполнении основных и вспомогательных операций лесосечных работ.

rukomojnikovkp@marstu.net Анализируя возможности технологии использования адаптивно-модульных лесных машин при выполнении всего комплекса операций лесосечных работ, можно отметить, что для полного освоения участка лесного фонда на лесосеках должен быть использован один или более энергетический модуль и столько же или более технологических модулей. На первом этапе подбора энергетических и технологических модулей необходимо определить операцию с максимальной производительностью. Для выравнивания объемов выработки на смежных операциях необходимо наличие одного-двух дополнительных технологических модулей на смежной менее производительной операции. Производительность технологических модулей в отличие от

154

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013