Обоснование системы лесосечных машин для сортиментного метода лесозаготовок: на примере предприятий Центрального федерального округа РФ

Рыночные реформы и структурные изменения лесопромышленного комплекса усиливают экономическую заинтересованность предприятий в выборе и внедрении наиболее эффективных технологий и систем машин.

В условиях экономических реформ структура лесопромышленного комплекса претерпела существенные изменения. Сегодня в России лесозаготовительной деятельностью занимаются более 11,0 тысяч различных предприятий и организаций, в том числе крупных и средних — только 1,1 тысяч [57]. Средний объем заготовки и вывозки древесины многих предприятий, расположенных в Центральном федеральном округа составляет не более 8−12 тыс. м3, что позволяет их характеризовать как малообъёмные предприятия. Их развитию способствовало разрушение системы управления и ускоренная приватизации предприятий отрасли, снижение объёмов рубок и недоиспользование расчетной лесосеки, неустойчивое производственно-техническое и экономическое состояние большинства лесозаготовительных предприятий, кризис лесного машиностроения и др.

Истощение лесфонда в европейской части России, снижение площади отводимых в рубку лесосек и их разобщенность, сокращение объемов сплошных и расширение выборочных рубок привело к широкому применению на предприятиях региона сортиментной технологии лесозаготовок, как наиболее полно отвечающей лесоводственным, экологическим и экономическим требованиям. Большой интерес к сортиментному методу работ и современным лесозаготовительным машинам, имеют предприятия с малыми объемами заготовки, где эксплуатация нижних лесоскладов нецелесообразно.

Номенклатура лесосечных машин, которые находят применение на рубках, достаточно широка и постоянно увеличивается. Различные системы машин для выполнения рубок имеют разную производительность, заготовленная древесина может иметь разную себестоимость и техника не одинаково влияет на окружающую среду.

Как показывает практика эксплуатации лесосечных машин и систем машин, функционирование их в разнообразных природных условиях с резко и значительно меняющимися характеристиками, разная степень надежности машин, техническая политика предприятия заставляют исследовать вопрос выбора технологических процессов и систем машин для предприятий, ведущих малообъемные лесозаготовки.

Анализ производственной и научной литературы показал, что* не все вопросы, касающиеся применения систем машин при заготовке сортиментов, изучены достаточно полно. Большое разнообразие выпускаемой техники для-сортиментной технологии допускает оптимизацию областей эффективного их применения и состава в зависимости от лесорастительных, природно-климатических, грунтовых и иных условий, с учетом ограничений накладываемых лесоводственными, технологическими и иными требованиями.

Учитывая важность и актуальность этого вопроса особенно для небольших предприятий, в диссертации' разработана методика, выбора машин, их численности и определения некоторых технологических, технико-экономических показателей функционирования систем лесосечных машин при малообъемных лесозаготовках в условиях Центрального федерального округа.

Для определения’оптимального состава системы лесосечных машин, а также технологии её использования, разработаны математические модели технологического процесса основных операций лесосечных работ на основе имитации — с учетом стохастического характера природно-производственных условий и потоков сырья. Имитационная модель технологического процесса лесосечных работ позволяет с достаточно высокой точностью определить эксплуатационные характеристики, машин в системе и, прежде всего, их производительность, что важно при проведении, технико-экономической оценки технологических и организационных решений. Помочь, лесозаготовителю подобрать технику для проведения рубок поможет разработанный комплекс программ, который просчитает имеющиеся варианты и выдаст результаты в понятном и удобном для анализа виде.

Выполненные расчеты по разработанным алгоритмам и программам позволили также сделать обобщения и дать практические рекомендации по формированию и использованию систем лесосечных машин в условиях малых размеров лесосек и их концентрации, определить области эффективного применения наиболее перспективных на практике систем лесосечных машин, работ по технологиям, обеспечивающим вывозку с лесосеки сортиментов. Рекомендации подтверждены статистическим материалом.

Опыт внедрения разработанных рекомендаций имеется на предприятиях Московской, Владимирской и Вологодской областях и дает положительный эффект.

В настоящей диссертационной работе автором выносятся на защиту следующие основные положения:

— установленные законы, распределениялесоэксплуатационных параметров лесосек, отводимых в рубку лесохозяйственными предприятиями Центрального федерального округа РФ, на основе анализа реальных лесосек;

— применение теории массового обслуживания в виде многофазной СМО для определения параметров работы машин, входящих в систему, количества машин на каждой операции и связи между машинами;

— применение имитационного моделирования для обоснованного выбора системы лесосечных машин при сортиментном методе лесозаготовок;

— исследования, работы различных систем лесосечных машин для сортиментного метода заготовки на имитационных моделях в различных природно-производственных условиях;

— программный комплекс по выбору системы лесосечных машин на предприятиях с малым объемом лесозаготовок.

Основные положения диссертационной работы обсуждались на научно-технических конференциях Московского государственного университета леса за период 2000;2006 гг., на симпозиуме в г. Пенза и научно-технической конференции в г. Вологда в рамках выставки — ярмарки «Российский лес» в 2006 г.

Результаты исследований были использованы в совершенствовании лесосечных работ на предприятии ООО «Еденьга» Вологодской области, ОАО «Гусевской ЛПХ» и ГУ «Гусевской J1X» Владимирской области, в учебном процессе МГУЛ, а также в научных отчетах кафедры технологии и оборудования лесопромышленного производства.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Выводы.

1. Приведенные в работе исследования дают возможность на стадии экономического обоснования выбрать систему машин при сортиментном методе лесозаготовок.

2. Результаты проведенных исследований систем лесосечных машин для заготовки сортиментов показали, что в определенных условиях перспективными системами лесосечных машин при малообъемных лесозаготовках являются, системы, сформированные на основе модульной компоновки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Анализ существующих технологических процессов заготовки сортиментов и применяемых систем лесосечных машин позволил классифицировать системы на три группы: на базе специальных лесных машин и оборудованияна базе модульных машин и оборудованияна базе специальных средств малой механизации.

2. Исследования лесоэксплуатационных параметров лесосек отдельных лесохозяйственных предприятий ЦФО позволили установить законы их распределения по площади и запасам по различным видам рубок и использовать их в разработке имитационных моделей. Распределения площади лесосек, запасов подчиняется логнормальному или нормальному законам распределения.

3. Разработанный алгоритм и имитационные модели работы системы лесосечных машин для заготовки сортиментов, как многофазной СМО, позволяют проводить исследования процессов сортиментного метода заготовки в зависимости от природных и производственных факторов, оптимизировать параметры исследуемых систем машин и характеристики работы различных машин в системе.

4. Реализация имитационных моделей осуществлена в виде компьютерной программы в среде программирования Visual Basic. Разработанная программа обладает свойством универсальности, так как можно менять все нормативные данные от характеристик машин до цен на лесозаготовительные машины и т. д., вводить новые конкретные марки лесосечных машин.

5. Влияние запасов древесины, площади лесосек, концентрации лесосек и влияние на производительность систем машин учтено с помощью коэффициента перебазирования. Полученные регрессионные зависимости коэффициента перебазирования, в результате проведения экспериментов на имитационных моделях, могут быть использованы при планировании лесозаготовительного производства на небольших предприятиях, а также для оценки целесообразности концентрации лесосечных работ и организации труда в текущем планировании.

Для всех вариантов систем лесосечных машин в диапазоне варьирования-факторов: площади лесосек — 1.3 газапасе леса — 140.260.

3 2 м /га и плотности поля лесосек Я = 0,1(1/км) влияние на коэффициент перебазирования значительно, особенно при малом запасе древесины на лесосеке. При увеличении значений площади лесосек и запаса в диапазонах о.

3.5 га и 140.260 м /га влияние не так существенно. При разбросанности Л лесосек Я = 0,01.0,05(1/км), т. е. увеличении расстояния переезда значения коэффициента перебазирования снижаются в 1,1. 1,3 раза.

6. Результаты проведенных исследований вариантов систем лесосечных машин для заготовки сортиментов показали, что существенное влияние оказывают годовой объём заготовки и соотношение в общем объеме заготовки различных видов рубок. Оценка влияния объема заготовки показывает, чтополная загрузка системы машин на сплошных рубках наступает при годовом объеме заготовки: для> варианта CJIM1 в пределах 17. 18 тыс. м3- варианта CJIM2 или СЛМЗ или CJIM4 в пределах 8,5.10.

3 3 тыс. м — для варианта CJIM5 в пределах 3,2.4 тыс. м — для варианта GJIM6 в пределах 23,5.28 тыс. м3 (при односменном режиме работы). При увеличении доли рубок ухода в общем объёме производительность систем лесосечных машин снижается в 1,4.2,5 раза.

7. При выборе системы машин при заготовке сортиментов для предприятий ЦФО существенное значение имеют объемы и виды рубок, природно-производственные условия работы предприятия. л.

При годовом объёме заготовки до 3,2 тыс. м эффективно использование системы машин, сформированной на основе бензопил и легкого колесного трактора (CJIM5) с чокерной оснасткойв. диапазоне 3,2.9,3 тыс. м3 эффективно применение" системы, машин модульной компоновки (СЛМ2), с ней конкурирует традиционная система машин на основе бензопил и гусеничного чокерного трелевочного трактора (CJIM4) или CJIM5- при объемах свыше 12 тыс. м3 рациональнее использование системы на основе бензопил и форвардера (CJIM1) или модульной компоновки (СЛМ2).

Применение машинного комплекса возможно при объемах свыше 35.40 тыс. м3.

Увеличение в общем объёме заготовки доли от рубок ухода приводит к изменению границ эффективности систем машин. В этом случае, в диапазоне 3,7.7,9 тыс. м3 рациональнее использовать системы машин модульной компоновки (CJIM2 и CJ1M3), как более предназначенные к выполнению рубок ухода, или традиционную систему машин (CJIM4), а также л на базе легкого колесного трактора CJIM5- при 7,9. 10 тыс. м CJIM2- при 10.22 тыс. м3 конкурируют система модульной компоновки (CJIM2) и на основе бензопил и форвард ера (CJIM1).

8. На основе данных исследований были разработаны методические рекомендации по выбору системы лесосечных машин. Положения методики объединили в себе четыре этапа. Данная методика и программный комплекс позволят лесозаготовителю правильно подобрать систему машин при заготовке сортиментов.

9. Разработанная компьютерная программа рекомендуется к использованию в технологических расчетах для технологии лесосечных работ при заготовке сортиментов на сплошных и несплошных рубках.