Библиографическое описание:

Черных А. С., Бондаренко А. В., Абрамов В. В. Разработка имитационных моделей функционирования канатных установок в горной местности // Молодой ученый. — 2013. — №10. — С. 221-225.

В настоящее время около 20 % всей лесопокрытой площади России приходится горные леса, при этом доля запаса древесины на данных территориях около 30 % от общего по стране. Одной из основных особенностей лесозаготовок в горных районах является более высокая стоимость их проведения, связанная со сложными условиями работ из-за рельефа местности. Особенно существенно увеличиваются затраты на первичный транспорт и вывозку леса.

Выбор наиболее адаптированных технических средств, оптимизация их режимов работы, обоснование экономичных схем транспортировки древесины с позиции дифференцированного подхода к разрабатываемым участкам остаются наиболее актуальными направлениями совершенствования производственной деятельности лесозаготовительных предприятий на данных территориях. Правила рубок в горных лесах нашей страны выработаны в основном с позиции последующего успешного естественного возобновления, поэтому проведение исследовательской работы по обозначенным направлениям повышения эффективности транспортировки древесины не может рассматриваться без обеспечения сохранения компонентов леса в необходимом объеме [1, c. 76].

Использование для внутрилесосечного транспорта традиционных технических средств (многооперационных машин, трелевочных тракторов) приводит к разрушению почвы, подроста, части растущих деревьев, наносит невосполнимый ущерб природе леса, вызывает оползни, эрозию почв, и даже гибель целых лесных массивов. Поэтому наиболее предпочтительным вариантом для горных лесов на первичной транспортировке древесины являются канатные установки, особенно самоходного типа — без значительных трудовых и материальных затраты на монтажно-демонтажные работы, а также перебазирование. Они не имеют ограничений по уклону разрабатываемой местности, наиболее приспособлены к экологическим особенностям горных лесов и отличаются, к тому же, минимальной энерго- и металлоемкостью, достаточно высокой производительностью, обеспечивают требования техники безопасности транспортных работ. Сравнение эффективности использования канатных установок и традиционной тракторной технологии показывает, что по длине трассы канатные установки вне конкуренции; по энергозатратам — расход горючего в 4...5 раз меньше относительно трактора; по затратам на ремонт и техобслуживание канатные установки также на много экономичнее, чем трактор. Кроме этого, работа канатных установок не лимитируется природными условиями и временем года. Но главным их преимуществом является полное соответствие, экологическим условиям сохранения леснойсреды: перемещая грузы в подвешенном состоянии, канатные установки способствует сохранению почвенного покрова и подроста, предупреждению повреждений корневых систем оставленных растущих деревьев и сохранению всех сопутствующих живому лесу даров природы [5, c. 14].

Для принятия научно-обоснованных решений на стадии технологического проектирования по использованию самоходных канатных установок требуется учитывать кроме рельефа местности — конфигурацию лесосеки, непредсказуемо изменяющуюся по естественным ее рубежам (скале, хребту, балке, речке и т. п.); лесотаксационные показатели насаждения (запас, объемы хлыстов, состав насаждения); способ рубки; вид транспортируемой древесины; характеристику технических средств. Достоверность прогнозируемых результатов функционирования различных вариантов техники с такой высокой чувствительностью к условиям производства и природной среды возможна только на основе использования современных методов моделирования и имитации транспортных процессов [2, c. 161].

Для этого необходимо решение следующих задач: структуризация циклового времени трелевки по всем исследуемым вариантам разнотипной техники; установление теоретических зависимостей по каждой составляющей продолжительности трелевки от ее основных факторов влияния; разработка информационно-логических блок-схем и имитационных моделей функционирования техники; сбор информации для моделирования в различных условиях производства и природной среды; проверка построенных моделей на адекватность в конкретных лесоэксплуатационных условиях; корректировка полученных моделей в случае не соответствия их реальной действительности.

Общее время, затрачиваемое самоходной канатной установкой на разработку лесосеки, согласно принятому в работе подходу [3, c. 42], определяется формулой:

                                                                              (1)

где  — время на монтаж установки на расчетном участке, с;

 — время на демонтаж установки на расчетном участке, с;

 — время на переезды между лентами на расчетном участке, с;

 — время, затрачиваемое на трелевку всех деревьев на расчетном участке, с.

Время на монтаж и демонтаж установки, будет описываться формулами:

,                                                                                                         (2)

,                                                                                                        (3)

где ,  — время монтажа и демонтажа установки на одной разрабатываемой ленте соответственно, с.

Время монтажа и демонтажа канатной установки на одной разрабатываемой ленте, определяется по формулам и, соответственно.

,                                                                   (4)

где - время на фиксацию канатной установки, с;

- время на переход работника с монтажным тросиком от канатной установки к опорному дереву, с одновременным переходом одного человека с технологическим оборудованием, с;

- время на фиксацию опорного блока на дереве, с;

- время на установку растяжек для опорного дерева, переход к канатной установке, и возврата монтажного троса к канатной установке, с;

- время запасовки грузового троса, с;

- время на монтаж каретки, с.

,                                                                      (5)

где - время на демонтаж каретки, с;

- время сматывания несущего каната на барабан, с;

- время на переход работников к опорному дереву, с;

- время на демонтаж растяжек и опорного блока и на переход работника от опорного дерева к канатной установке с монтажным оборудованием, с;

- время на демонтаж растяжек канатной установки и фиксации ее мачты в транспортное положении, с.

Время на фиксацию канатной установки, определяется по следующей формуле:

,                                                            (6)

где  — время фиксации мачты в рабочем положении, с;

 — расстояние на котором устанавливается растяжка при фиксации мачты канатной установки, м;

 — коэффициент увеличения пути проходимого работником за счет обхода естественных препятствий;

 — средняя скорость перехода работника при установке растяжек, м/с;

 — время, затрачиваемое на зацепку одной растяжки для фиксации мачты канатной установки, с;

 — количество растяжек для фиксации мачты канатной установки.

Время на переход работника с монтажным тросиком от канатной установки к опорному дереву, определяется по формуле:

,                                                                                                     (7)

где  — протяженность трассы канатной установки или расстояние от канатной установки до опорного дерева (можно принимать равным ширине лесосеки), м;

 — скорость перехода работника с монтажным тросиком для фиксации каната на опорном дереве, м/с.

Время на установку растяжек для опорного дерева, переход к канатной установке, и возврата монтажного троса к канатной установке в виду параллельности некоторых операций по времени определяется по формуле:

,                                                   (8)

где  — расстояние, на котором устанавливается растяжка при фиксации блока на опорном дереве, м;

 — время, затрачиваемое на зацепку одной растяжки для фиксации блока на опорном дереве, с;

 — количество растяжек для фиксации блока на опорном дереве;

 — скорость холостого перехода работников по лесосеке, м/с.

Время запасовки грузового каната определяется формулой:

,                                                                                        (9)

где - дополнительная длина каната для нормальной запасовки, м;

- скорость сматывания каната лебедкой канатной установки.

При демонтаже канатной установки затраты времени на переход работников к опорному дереву, определяются по формуле 7, куда вместо скорости перехода работника с монтажным тросиком подставляется скорость холостого перехода рабочего по лесосеке.                                 Время на демонтаж растяжек и опорного блока и на переход работника от опорного дерева к канатной установке с монтажным оборудованием находятся по формуле:

,                                            (10)

где  — время, затрачиваемое на отцепку одной растяжки для опорного дерева, можно принять равным времени на зацепку растяжки, с;

 — время, затрачиваемое на отцепку опорного блока, с;

 — скорость перехода работника с монтажным оборудованием по лесосеке, м/с.

При демонтаже растяжек канатной установки и фиксации ее мачты в транспортном положении затраты времени определяется по формуле 6. Где вместо времени фиксации мачты установки подставляется время на ее установку в транспортное положение, а вместо времени зацепки растяжки время ее снятия.

Время на переезды между лентами на расчетном участке определяется по формуле:

,                                                                                                          (11)

где - коэффициент, учитывающий дополнительное время, затрачиваемое на остановку, дополнительные переезды и разворот канатной установки перед ее установкой на разрабатываемой ленте.

Время трелевки всех деревьев на расчетном участке определяется по формуле:

,                                                                                           (12)

где  — время трелевки всех деревьев на волоках и полупасеках, с.

Время трелевки всех деревьев на волоках и полупасеках определяется по формуле:

,                                                                                      (13)

где  — среднее время трелевки одной пачки деревьев на волоках или полупасеках, с;

 — запас леса приходящийся на волоки или полупасеки, м3;

 — объем пачки деревьев трелюемой канатной установкой на волоке, м3.      Среднее время трелевки одной пачки деревьев на волоках и полупасеках определяется по формуле:

 ,                                                  (14)

где  — время натяжения грузового каната для перемещения каретки, с;

 — среднее время перемещения каретки к месту формирования пачки, с;

 — среднее время формирования пачки, с;

 — время натяжения грузового каната для перемещения каретки с пачкой деревьев, c;

 — время трелевки пачки деревьев, с;

 — время отцепки пачки деревьев, с.

Среднее время перемещения каретки к месту формирования пачки определяется по формуле:

,                                                                                                              (15)

где  — скорость холостого хода каретки канатной установки, м/с.

Среднее время формирования пачки определяется по формуле:

,                                                                        (16)

где  — время опускания каретки для зацепки пачки деревьев, с;

 — среднее время чокеровки одного дерева, с;

- расстояние на которое должен отойти чокеровщик после зацепки пачки, м;

- скорость отхода работника на безопасное расстояние, м/с.

Время трелевки пачки деревьев определяется по формуле:

,                                                                                                              (17)

где  — скорость рабочего хода каретки канатной установки, м/с.

Время отцепки пачки деревьев определяется по формуле:

,                                                                                     (18)

где  — время опускания каретки с пачкой деревьев» с;

 - среднее время отцепки чокера с одного дерева, с.

Представленная аналитическая модель функционирования самоходной канатной установки позволяет определять продолжительность ее работы на лесосеке в широком изменении факторов: предмета труда, условия работы, технологии и технического средства. В дальнейшем на ее основе рекомендуется разработка информационно-логических блок-схем и имитационных моделей функционирования канатных установок для принятия научно-обоснованных решений на стадии технологического проектирования по выбору наиболее адаптированных к конкретным лесоэксплуатационным условиям горной местности технических средств, оптимизации режимов их работы, а также обоснованию наиболее экономичных схем работы внутрилесосечного транспорта [4, c. 29].

Литература:

1.                            Абрамов В. В. Имитационное моделирование работы трелевочных средств на выборочных рубках: Деп. в ВИНИТИ 22.07.2008, № 631-В2008 — Воронеж, 2008 — С. 96.

2.                            Луценко Е. В. Эффективные объемы лесозаготовительного производства в условиях горных лесных массивов Дальнего Востока // Актуальные проблемы лесного комплекса/ Под ред. Е. А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 25. — Брянск: БГИТА, 2010. — С. 160–162.

3.                            Пошарников Ф. В., Абрамов В. В., Бондаренко А. В. Оптимизация параметров работы трелевочных средств при уходе за насаждением: Деп. в ВИНИТИ 14.07.2011, № 342-В2011 — Воронеж, 2011 — С. 41.

4.                            Пошарников Ф. В., Абрамов В. В., Бондаренко А. В. Анализ технологий и технических средств для выполнения транспортировки древесины в условиях горной местности: Деп. в ВИНИТИ 14.07.2011, № 343-В2011 — Воронеж, 2011 — С. 35.

5.                            Пошарников Ф. В., Абрамов В. В., Бондаренко А. В. Моделирование процесса транспортировки древесины в горной местности: Деп. в ВИНИТИ 14.07.2011, № 344-В2011 — Воронеж, 2011 — С. 31.

6.    Пошарников Ф. В., Абрамов В. В. Выполнение трелевки в условиях постоянного и непрерывного лесопользования // Вестник Московского государственного университета леса — Лесной вестник. — 2008. — № 6. — С. 108–111.

7.    Пошарников Ф. В., Абрамов В. В., Бондаренко А. В. Разработка математической модели трелевки древесины в условиях несплошных рубок // Современные проблемы науки и образования. — 2012. — № 2. URL: http://www.science-education.ru/102–5521.

Основные термины (генерируются автоматически): канатной установки, расчетном участке, мачты канатной установки, канатных установок, канатные установки, фиксации мачты канатной, горной местности, канатной установкой, транспортировки древесины, опорном дереве, самоходной канатной, растяжек канатной установки, канатной установки затраты, канатной установки к опорному, функционирования канатных установок, опорного дерева, работника с монтажным тросиком, трассы канатной установки, моделей функционирования канатных, лебедкой канатной установки.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle