CC BY
33
РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ АВТОМАТИЗАЦИИ УЧЁТА ОБЪЁМОВ ХЛЫСТОВ И БРЁВЕН ПРИ МАШИННОЙ РАЗРАБОТКЕ ЛЕСОСЕК
Филипцов М.В. (ВГЛТА, г.Воронеж, РФ)
The paper presents a mathematical description of an automated method of accounting trunks and logs volume by wood machine harvesting.
При создании математического обеспечения бортовых систем учёта объёмов хлыстов лесосечными машинами (харвестерами, форвардерами) необходимо определить входные и выходные параметры системы. Для определения объёма хлыста выберем наиболее точную математическую модель Петровского , преобразованную для определения образующей хлыста без коры по длине и диаметру на высоте груди:
2х = f {L1. (1)
ffir)f 1H J ( )
где 2х - текущий диаметр ствола на расстоянии l от комля; D05 - диаметр хлыста на высоте груди; H - высота ствола; À - постоянный коэффициент на кору
для каждой породы; f (—) - некоторая непрерывная функция для ствола дан-
H
ной породы, которая наиболее точно аппроксимируется алгебраическими полиномами 4-й степени.
Измерение диаметра хлыста при машинной валке леса целесообразно автоматизировать, применив автоматизированную систему измерения диаметра, интегрировав её в механизмы лесосечной машины. В этом случае будет измеряться диаметр дерева в месте среза. Этот диаметр будет соответствовать диаметру пня. В справочной таксационной литературе даются таблицы зависимостей диаметра дерева на высоте груди от диаметра пня. Проанализировав таблицы, рассчитаем переводные коэффициенты а для различных пород по формуле а = Dl, где Du - диаметр дерева на высоте груди; D0 - диаметр пня. По-D0
лученные данные запишем в таблицу 1.
Преобразуем формулу (1), подставив вместо диаметра на высоте груди Di 3 диаметр пня D0, умноженный на переводной коэффициент а:
м=|Ш (2)
Коэффициент на кору À, рассчитанный для D13, после преобразования остаётся без изменений, так как Д 3 = D0 а.
Зная разряд высот того или иного насаждения, по диаметру дерева на высоте груди D13 можно определить высоту дерева Н, записав в память машины данные таксационных таблиц.
Таким образом, после преобразования и интегрирования (2) получим формулу для определения объёма сваливаемого дерева без учёта пня и коры по вы-
соте и диаметру в месте среза:
V,.
жЛЛ Б ¡а2
н
® I
ал
ал
н
1.3
+ а,
1.3
+ а.
1.3
+ а,
1.3
+ ап
+а1 н,
+1 н,
+а'1 н.
+а
й1.
Полученная формула являются основой разработки автоматизированных систем учёта объёмов хлыстов при машинной валке леса.
Современные валочные машины для сортиментной заготовки леса оснащаются сучкорезными ножами и протаскивающими вальцами для очистки сваленного дерева от сучьев и его раскряжёвки прямо в лесосеке. В дополнение к системе автоматизации учёта объёмов хлыстов при машинной валке леса разработаем математическое обеспечение автоматизации учёта объёмов брёвен при машинной раскряжёвке хлыстов в составе валочно -сучкорезно-раскряжёвочной машины.
Определим входные и выходные параметры системы. Входными параметрами будут: длина бревна Н, м; вершинный диаметр бревна БВ, м; тип бревна по месту вырезки из хлыста - комлевое или срединное; порода. Выходными параметрами системы будет: объём бревна без коры, м3.
Автоматизация измерений параметров бревна будет включать измерение длины отпиливаемого сортимента, измерение диаметра бревна в месте среза, определение типа бревна. Таким образом, вручную останется ввести только породу древесины.
Объём брёвен можно определять как по ГОСТ 2708, так и по математической модели. В последнем случае применим математическую модель бревна Петровского:
2х =
а\ Ц + Ъ\ У
к
к
+ с
(4)
где 2х - текущий диаметр бревна в м на расстоянии от комлевого торца бревна;
- диаметр бревна в верхнем сечении, м; к - длина бревна, м; у - расстояние от комлевого торца бревна для диаметра 2х; а, Ъ, с - эмпирические коэффициенты, которые имеют своё значение отдельно для комлевых, отдельно для срединных брёвен.
Возьмём породу сосну. После преобразования и интегрирования (4) получим формулы для определения объёма комлевых и срединных брёвен сосны без коры:
Утм = 1.21 ж ё вН ,
Уср = 1.27 ЖdвН.
(5)
(6)
Интегрируем систему автоматизации учёта объёмов хлыстов при машинной валке леса и систему автоматизации учёта объёмов брёвен при машинной раскряжёвке хлыстов. Полученная система будет иметь следующие
4
3
2
4
4
3
2
I
I
I
I
0.3
входные параметры, которые надо будет ввести перед работой оператору валочно-сучкорезно-раскряжёвочной машины: разряд высот разрабатываемого насаждения, порода деревьев в насаждении. Выходными параметрами системы автоматизации учёта объёмов хлыстов и брёвен при машинной заготовке древесины будут: объём хлыстов в коре и без коры, м ; количество сваленных деревьев, шт.; объём брёвен в коре и без коры, м ; объём брёвен по ГОСТ 2708, м ; количество полученных брёвен, шт. (рисунок 1).
Таким образом, получена математическая основа создания системы автоматизации учёта объёмов хлыстов и брёвен при машинной разработке лесосек и сортиментной заготовке древесины.
Таблица 1 - Переводные коэффициенты от диаметра пня к диаметру на
Порода древесины Переводной коэффициент а
Сосна 0.821
Ель 0.790
Дуб 0.782
Осина 0.772
Берёза 0.727
Ольха 0.771
Система авюматшацм) учета обьсыов ХТЫСТОВ II бревен при машинной разработке лесосек < »бьем хпмстов бе» коры объем бревен беч коры
Такс аш и лес ос ем I. ИрИсВОСНИе рагрЯДа ВЫСО! НрИ 01В0ДС Л« ОС СМ 1 В рубку Разряд высот Сохранение данных на каргу памяти или флеш-накопнтепь
Порода деревьев
Количес 1во сваленных Деревьев VB.ll.loB Количество бревен
Рисунок 1 - Структурная схема системы автоматизации учёта объёмов
хлыстов и брёвен при машинной разработке лесосек
