close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

;docx

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Ефимов Юрий Валерьевич
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ ЛЕСОПИЛЕНИЯ
В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСЕКИ
05.21.01 – технология и машины лесозаготовок и
лесного хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой
степени кандидата технических наук
Екатеринбург – 2014
2
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет» и ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет».
Научный руководитель:
доктор технических наук, доцент
Якимович Сергей Борисович.
Официальные оппоненты:
Шадрин Анатолий Александрович,
доктор технических наук, профессор
кафедры технологии и оборудования
лесопромышленного производства ФГБОУ
ВПО «Московский государственный
университет леса»;
Фомин Анатолий Анатольевич,
кандидат технических наук, доцент
кафедры технологии машиностроения
ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный
университет имени Александра Григорьевича и
Николая Григорьевича Столетовых»
Ведущая организация:
ФГБОУ ВПО «Братский государственный
университет»
Защита состоится «18» декабря 2014 года в 10-00 часов, на заседании
диссертационного совета Д. 212.281.02 при ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет» по адресу 620100, г. Екатеринбург, ул.
Сибирский тракт, 37, зал заседаний ученого совета – аудитория 401.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО
«Уральский государственный лесотехнический университет»,
http://www.usfeu.ru/nauka/disserattsionnye-sovety.html
Автореферат разослан
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат технических наук, доцент
2014 г.
Куцубина Нелли Валерьевна
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Одной из важнейших задач в области лесозаготовок
является разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий заготовки и
обработки древесины.
В настоящее время процесс переработки древесины на пиломатериалы
осуществляется либо на лесосеке малыми и средними предприятиями, либо
альтернативно – на лесопромышленном складе, с последующей реализацией
всех полученных при этом компонентов. Но следует отметить, что в последнем
случае происходит потеря биомассы предмета труда лесозаготовок: при перемещении лесоматериала к месту переработки, в процессе валки, погрузочноразгрузочных и других вспомогательных операций. В связи с этим целесообразнее было бы использовать лесные комбайны и иные средства, которые реализуют процесс полной переработки в координатах стоящего дерева или на погрузочном пункте. И это является актуальным, когда производство продукции
первичной переработки (сортименты и пиломатериалы) потребителю осуществляется на лесосеке.
Ресурсосбережение при производстве пиломатериалов на лесосеке обеспечивается при совмещении обрабатывающих функций технологического процесса, а также при наиболее компактном размещении этих функций в координатах пространства.
Таким образом, актуальность работы заключается в разработке технологии первичной переработки древесины на лесосеке, позволяющей уменьшить
энергетические затраты.
Диссертационная работа выполнена в рамках государственного контракта
№01.29/07 с министерством промышленности и природных ресурсов Пермского края на выполнение НИР по теме: «Обоснование ресурсосберегающих технологий лесопромышленного комплекса, адаптированных к природным условиям Пермского края, с минимизацией затрат на лесовосстановление»; в рамках
государственного контракта № 16.740.11.0518 по теме «Оптимально функциональные синхронизированные транспортно-обрабатывающие системы и управление ими» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
Степень разработанности исследования.
Диссертационная работа представлена в виде полноценного научного исследования, состоящего из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка используемой литературы из 110 наименований и 12 приложений. В работе
проведен анализ проблемы, описана постановка цели и задач, разработаны методика оценки энергоэффективности процесса производства сортиментов и пиломатериалов и математическая модель обоснования схем раскроя и параметров процессов реализации этих схем. Разработана методика промышленного
эксперимента при распиловке древесины на пиломатериалы, представлены результаты распределения энергозатрат по составляющим цикла лесопиления,
полученные на основе амплитудно-частотных характеристик, сформулированы
выводы и рекомендации.
4
Общий объем работы 129 страниц, 43 рисунка, 29 таблиц.
Целью работы является повышение эффективности продольного пиления
древесины обоснованием параметров энергосберегающих процессов в условиях
лесосеки.
Объект и предмет исследований. Объект – технологические процессы
раскряжевки хлыстов и продольного пиления сортиментов. Предмет – параметры процессов лесопиления, обеспечивающие энергосбережение в условиях лесосеки.
Задачи исследования.
1. Провести анализ исследований в области существующих технологий лесозаготовок с производством пиломатериалов на лесосеке.
2. Провести анализ исследований в области оптимизации раскроев сортиментов и пиломатериалов и существующих видов ресурсосбережения для процессов лесопиления на лесосеке.
3. Разработать методику оценки энергоэффективности процесса производства сортиментов и пиломатериалов, и математическую модель обоснования
оптимизацией схем раскроя и параметров процессов реализации этих схем, а
именно: количества и площади сечений сучьев в пропиле, расстояния перемещения пиловочника при поворотах и поперечных перемещений.
4. Разработать методику промышленного эксперимента и анализа распределения энергозатрат по составляющим цикла лесопиления на основе амплитудно-частотных характеристик.
Научная новизна работы. Составлена методика системной оценки
удельной энергоемкости процесса заготовки и первичной обработки древесины,
отличающаяся включением операции продольного пиления в координатах дерева, погрузочного пункта и в координатах нижнего лесопромышленного склада. Предложена математическая модель оптимизации раскроев сортиментов и
пиломатериалов, отличающаяся включением комплексного критерия удельной
энергоемкости. Разработана математическая модель, описывающая влияние
схем раскроя и параметров процесса реализаций этих схем: количества и площади сечений сучьев в пропиле, расстояния поворотов пиловочника, рабочих и
холостых ходов при пилении на удельную энергоемкость процесса продольного
пиления, отличающаяся применением методов теории случайных процессов,
спектрального анализа и построением амплитудно-частотных характеристик по
составляющим цикла лесопиления. Найдено техническое решение совокупности существующих признаков лесного комбайна для переработки стоящих деревьев на сортименты и пиломатериалы, по которому получен патент на изобретение № 2312489 РФ.
Практическая значимость. Результаты исследований позволяют обосновать такие параметры процессов лесопиления, при которых происходит снижение энергоемкости в условиях лесосеки.
Методологической основой исследования послужили теория вероятности и математическая статистика, методы линейного программирования,
5
математического моделирования, спектрального анализа и промышленного
эксперимента.
Научные положения, выносимые на защиту:
методика и результаты системной оценки наиболее эффективной технологии производства пиломатериалов в условиях лесосеки на основе критерия
удельной энергоемкости;
математическая модель и результаты раскроя хлыстов на сортименты и
пиломатериалы на основе критерия удельной энергоемкости;
методика и результаты промышленного эксперимента по оценке
случайных параметров продольного пиления древесины на основе методов
теории случайных процессов, спектрального анализа и амплитудно-частотных
характеристик;
амплитудно-частотные характеристики распределения мощности по
составляющим цикла лесопиления;
техническое решение, обеспечивающее производство сортиментов и
пиломатериалов на лесосеке.
Достоверность результатов исследований обоснована теоретическими
решениями и экспериментальными данными.
Реализация работы. Результаты НИР по государственному контракту
№01.29/07 с министерством промышленности и природных ресурсов Пермского края по теме: «Обоснование ресурсосберегающих технологий лесопромышленного комплекса, адаптированных к природным условиям Пермского края, с
минимизацией затрат на лесовосстановление» приняты по актам сдачи-приемки
заказчиком и используются в ГКУП «Пермсельлес» в виде рекомендаций по
оптимальным раскроям и способам раскроев.
Результаты НИР по государственному контракту №16.740.11.0518 «Оптимально функциональные синхронизированные транспортно-обрабатывающие
системы и управление ими» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические
кадры инноваций России» на 2009-2013 гг. приняты по актам сдачи-приемки
заказчиком.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были
представлены на ежегодных научно-практических конференциях аспирантов,
докторантов и ППС МарГТУ (с 2007 по 2011 гг.); на международных конференциях: на XVIII международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» в БГИТА в 2007, 2009 г.г.; на VIII международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства» в ЮРГТУ в 2008 г., на международной научной конференции
по естественнонаучным и техническим дисциплинам в МарГТУ (с 2007 по 2009
и 2011 гг.); на научно-технических конференциях ППС и аспирантов Пермской
ГСХА в 2008-2009 гг., НТС министерства промышленности и природных ресурсов Пермского края в 2007 г, на международной научно-технической конференции в МГУ леса (г. Москва) «Наука и образование для лесопромышленного
комплекса» в 2012 году.
6
По материалам диссертации опубликовано 13 работ, из них 2 в журналах,
рекомендованных ВАК, и получен 1 патент на изобретение. Результаты НИР
изложены в 6 отчетах, ссылки на которые представлены в диссертации.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность проблемы, поставлена цель и
сформулированы основные задачи исследования, определены предмет и объект
исследования, раскрыта научная новизна и практическая значимость работы.
В первой главе выполнен анализ состояния производства пиломатериалов и выявлены основные пути ресурсосбережения при их производстве в условиях лесосеки. Исследованы основные методы оптимизации при производстве
сортиментов и пиломатериалов.
Проведенный анализ определил востребованность производства пиломатериалов на лесосеках. Для успешной реализации производства пиломатериалов на лесосеке требуется обеспечить высокую энергоэффективность и энергосбережение.
Как показывают исследования, энергосбережение в условиях лесосеки
возможно путем конструктивных изменений в оборудовании, путем изменения
скоростных режимов лесопиления, путем использования отходов в производстве энергии в электроснабжении и для сушки готовых пиломатериалов, а также при определенных условиях реализации технологического процесса.
Выполнено содержательное описание исследований в сфере моделирования и оптимизации при производстве сортиментов и пиломатериалов и показан
вклад ученых Московского ГУ леса, Санкт-Петербургского ГЛТУ, Уральского
ГЛТУ, Северного (Арктического) ФУ, Сибирского ГТУ, Воронежского ГТУ,
Петрозаводского ГУ, Братского ГУ, Тихоокеанского ГУ, Поволжского ГТУ и
других научно-исследовательских организаций лесного комплекса РФ в развитие этих исследований.
Анализ работ определил, что при оптимизации раскроев древесного сырья наиболее актуальным, в связи с ресурсосбережением, является критерий
удельной энергоемкости.
Во второй главе рассмотрены технологические схемы производства пиломатериалов в условиях лесосеки и проведена сравнительная оценка эффективности технологических схем по критерию удельной энергоемкости. Разработана математическая модель раскроев хлыстов на сортименты и пиломатериалы на основе комплексного критерия.
Для сравнения были рассмотрены три технологических процесса производства пиломатериалов: на нижнем лесопромышленном складе, на погрузочном пункте и на лесосеке у пня с использованием мобильного ленточнопильного станка Wood-Mizer LT40.
Результаты сравнения удельных энергоемкостей по технологическим
процессам получения пиломатериалов показывают, что наиболее энергосберегающим является технологический процесс производства пиломатериалов у
пня и имеющий соответственно наименьшую энергоемкость на продольную
распиловку. Суммарная удельная энергоемкость производства пиломатериалов
7
на погрузочном пункте практически не отличается при их производстве на лесосеке у пня. Сводная таблица удельных энергоемкостей по технологическим
процессам получения пиломатериалов представлена в таблице 1.
Вариант технологического процесса получения пиломатериалов на погрузочном пункте показан на рис.1.
В связи со значительной долей энергоемкости на продольную распиловку
на лесосеке и применением при этом ресурсоемких энергоносителей (топливо),
было принято решение об обоснование таких раскроев, при которых бы минимизировались энергозатраты на производство конечного продукта – пиломатериалы.
Целью задачи оптимизации является выбор такого раскроя, при котором
максимизируется объемный выход древесного сырья и минимизируется удельная энергоемкость технологического процесса в рамках поставленных ограничений.
Таблица 1
Сводная таблица удельных энергоемкостей по технологическим процессам
получения пиломатериалов
Технологические операции
Система
машин
Удельная энергоемкость, кВт·ч/м3
Итого
Доля продольного пиления
Технологический процесс №1
Валка деревьев,
Трелевка сорТранспортировка
обрезка сучьев,
тиментов на
сортиментов в
раскряжевка
погрузочный
лесопильный цех
хлыстов
пункт
Харвестер
Форвардер
Сортиментовоз с
John Deere 1270B John Deere 1410
манипулятором
0,354
0,68
28
47,6 кВт·ч/м3
39%
Распиловка на пиломатериалы на
нижнем лесопромышленном складе
Wood-Mizer LT40
18,6
Технологический процесс №2
Вариант с отпуском пиломатериалов потребителю на лесосеке с погрузочного пункта
Технологические
Валка деревьев, обрезка сучьТрелевка сортиментов
Распиловка на
операции
ев, раскряжевка хлыстов
на погрузочный пункт
пиломатериалы
Система машин
Харвестер
Форвардер
Wood-Mizer LT40
John Deere 1270B
John Deere 1410
Удельная энергоемкость, кВт·ч/м3
0,354
0,68
18,6
Итого
19,6 кВт·ч/м3
Доля продольного пи94,7 %
ления
Вариант с отпуском пиломатериалов потребителю на лесопромышленном складе
Технологические опеВалка деревьев, обТрелевка сортиРаспиловка
Транспортировка
рации
резка сучьев, раскряментов на погруна пиломаоставшейся части
жевка хлыстов
зочный пункт
териалы
сортиментов и
пиломатериалв
Система машин
Удельная энергоемкость, кВт·ч/м3
Итого
Доля продольного пиления
Харвестер
John Deere 1270B
0,354
Форвардер
John Deere 1410
0,68
Wood-Mizer
LT40
18,6
46,78 кВт·ч/м3
39,7%
Сортиментовоз
с манипулятором
27,15
8
Продолжение таблицы 1
Технологический процесс №3
Вариант с отпуском пиломатериалов потребителю на лесосеке с волока
Технологические
Валка деревьев, обрезка сучьев, раскряжевка Распиловка на пиломатериалы
операции
хлыстов
Система машин
Харвестер John Deere 1270B
Wood-Mizer LT40
Удельная энергоемкость,
0,354
18,6
кВт·ч/м3
Итого
18,95 кВт·ч/м3
Доля продольного пи98,1 %
ления
Вариант с отпуском пиломатериалов потребителю на лесопромышленном складе
Валка деревьев, РаспиловТранспортировка
Транспортировка
Технологические
обрезка сучьев,
ка на писортиментов и писортиментов и пилооперации
раскряжевка
ломатериломатериалов на
материалов на лесохлыстов
алы
погрузочный пункт промышленный склад
Система машин
Харвестер
WoodФорвардер
Сортиментовоз
John Deere
Mizer
John Deere 1410
с манипулятором
1270B
LT40
Удельная энергоемкость,
0,354
18,6
0,65
27,15
кВт·ч/м3
Итого
46,75 кВт·ч/м3
Доля продольного пи39,7 %
ления
Wood-Mizer LT-40
Рисунок 1 – Схема получения пиломатериалов на верхнем складе
(погрузочном пункте)
1 – лесовозный ус, 2 – штабеля сортиментов, 3 – ленточнопильный станок,
4 – штабеля пиломатериалов, 5 – автопоезд, 6 – форвардер
Постановка задачи предполагает разработку частных одноцелевых критериев с последующей их сверткой.
Первый частный критерий используется в задаче оптимизации раскроя
древесного сырья для получения наиболее ценной и требуемой номенклатуры
лесоматериалов:
p
L
i
k
F1   nik xik  max
,
(1)
Второй частный критерий используется в задаче оптимизации раскроя
пиловочного сырья на пиломатериалы:
9
k
F2  
i
m
n
 N
z 1 j 1
z
* k j , z * x j ,i  max
,
(2)
где Nz – количество z-x раскроев i-го сортимента; kj,z – количество j-x пиломатериалов в z-м
раскрое; xji – объем j-го пиломатериала, полученного из i-гo сортимента; k – число сортиментов; т – число раскроев, участвующих в оптимизационном расчете; n – число пиломатериалов.
Третий частный критерий используется в постановке задачи оптимизации
раскроя сортиментов и пиломатериалов по критерию удельной энергоемкости:
 1 ki * bi * H i * ui * ni * ti z j * Fокр * l * t j 



n
m 
kc.i * xi
xj

п
F3  g э   
 * С1  min
1 k j * bj * H j * u j * m j * Lj
i
j 

,
(3)

 

k
*
K
*
u
*
x
д
п. j
p
j


где ki – удельная работа резания при раскряжевке i-го сортимента; bi – средняя ширина i-го
пропила; Hi – средняя высота i-го пропила; ui – скорость подачи при раскряжевке; ni – число
пропилов на i-ый хлыст; ti – среднее время на поперечную распиловку i-го сортимента, сек;
kc.i – доля i-го сорторазмера в хлысте; xi – объем выпиленного сортимента i-го сорторазмера;
zj – количество холостых ходов в бревне при продольной распиловке; Fокр – условная постоянная окружная сила; l – длина пильной ленты; tj – время на холостой ход при продольном
пилении; ki – удельная работа резания при пилении; bi – средняя ширина j-го продольного
реза; Hj – средняя высота j-го продольного реза; uj – скорость подачи при продольном пилении; Lj – длина j-го пиловочника при продольном пиления; mj – количество резов в пиловочнике при продольном пилении; kп.j – доля j-го пиломатериала в сортименте; xj – объем j-го
пиломатериала, выпиленного из i-го сортимента; К – коэффициент использования станка или
лесопильной рамы; up – средняя скорость рабочего хода тележки; ηп и ηд – КПД от двигателя
к пиле при раскряжевке и продольном пилении соответственно; C1=1/3600 – коэффициент
для перевода времени из секунд в часы.
На заключительном этапе ставится задача в одновременной максимизации выхода объемов сортиментов и пиломатериалов, а также минимизации
удельной энергоемкости.
Решение задачи раскроя хлыстов на сортименты при длинах хлыстов 16,
17, 19 и 21 м представлены в таблице 2.
Таблица 2
Оптимальные схемы раскроя хлыстов
Длина хлыста, м
16
17
19
21
Оптимальный раскрой
П I – 6,5 м; П II – 5,5 м; Б – 4,0 м
П I – 6,0 м; П II – 6,0 м; Б – 5,0 м
П I – 4,5 м; П II – 6,0 м; П II – 4,5 м; Б – 4,0 м
П I – 6,5 м; П II – 6,5 м; П II – 4,0 м; Б – 4,0 м
Примечание – П I, II – пиловочник 1-го, 2-го сорта, Б - балансы
На рис.2. представлены наилучшие схемы раскроя пиловочника диаметром 22, 26 и 32 см соответственно.
10
а)
б)
в)
Рисунок 2 – Схемы наилучшего раскроя
а) пиловочник диаметром 22 см; б) пиловочник диаметром 26 см; в) пиловочник
диаметром 32 см.
Эффект полученный при использовании наилучшего варианта составил:
для пиловочника 22 см – 0,087 кВт·ч/м3; для пиловочника 26 см – 0,192
кВт·ч/м3; для пиловочника 32 см – 1,958 кВт·ч/м3.
В этой главе также представлено техническое решение лесного комбайна
для переработки стоящих деревьев на сортименты и пиломатериалы по патенту
на изобретение, реализующее наименее энергоемкий процесс.
В третьей главе определены цель и задачи, а также характеристика объекта исследований и условия проведения производственного эксперимента,
обоснован выбор измерительно-регистрирующей аппаратуры, разработаны порядок проведения и методика обработки полученных результатов.
Цель эксперимента – оценка распределения энергопотребления по составляющим цикла лесопиления и выявление факторов, определяющих управление и получение оптимальных раскроев с минимальными затратами энергии.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследования: выбрать установку для проведения продольного пиления и подобрать соответствующую измерительную аппаратуру; разработать методику
проведения эксперимента; провести эксперимент по распиловке; выявить факторы управления, их значимость для получения оптимальных раскроев по критериям энергосбережения.
Объектом исследований служил технологический процесс производства
пиломатериалов.
Производственно-экспериментальные исследования проводились на территории предприятия ООО «Завод Лесфорт». Для исследования энергетических
характеристик за время цикла распиловки бревна был выбран вертикальный
ленточный бревнопильный станок RM – 1200 «RULMAK» с механическим
приводом подачи (рис.3).
Рисунок 3 – Вертикальный ленточный бревнопильный станок RM – 1200 RULMAK
Рисунок 4 – Измерительный комплект
Для выполнения экспериментального
исследования был создан комплект
измерительной аппаратуры, представленный на рис. 4.
На рис.4. обозначено: 1 – силовой
щит ленточнопильной установки; 2 –
измерительный щит с цифровым ваттметром ЦП 8506-120; 3 – кабель стабилизированного напряжения 220 В
для питания ваттметра; 4 – многофункциональный модуль сбора
данных USB 6008; 5 – портативный
компьютер – ноутбук.
Для записи и отображения данных активной мощности процесса продольного лесопиления использовалась среда графического программирования
LabView (рис.5).
Рисунок 5 – Блок-схема ВП измерения мощности продольного пиления:
1 – экспресс ВП сбора данных, 2 – канал передачи сигнала, 3 – терминал графика осциллограммы напряжения, 4 – элемент индикации значения мощности, 5 – функция умножения сигнала на переводной коэффициент, 6 – терминал графика осциллограммы мощности, 7
– экспресс ВП сохранения данных
Необходимое число измерений экспериментальных исследований для
адекватного отображения процесса с уровнем надежности 95% и ошибкой
наблюдений не более 5 % составило 200 измерений.
За расчетную частоту дискретизации выбрана частота встречаемости сучьев. Для обеспечения гарантированной достоверности и точности воспроизведения формы сигнала дискретизация записи процесса принята 10 Гц.
При проведении производственного эксперимента в рабочем журнале
наблюдений регистрировались следующие данные: номера опытов; диаметры
бревен; время на рабочие ходы (пропилы), холостые возвратные движения, на
повороты и поперечные перемещения; мощность в процессе пропилов, холостых возвратных движений, поворотов и поперечных перемещений.
12
Результаты экспериментальных исследований обрабатывались общепринятыми методами математической статистики с использованием компьютерного программного обеспечения.
В четвертой главе доказано, что процесс продольного пиления древесины в производственном эксперименте носит стационарный характер. Обосновано применение спектрального анализа к результатам эксперимента.
Для определения доли затрат мощности на пропил, холостое возвратное
движение, поперечное перемещение и на повороты необходимо перейти от
временного представления процесса продольного пиления в частотное. Также
это решение применяется для выделения регулярных амплитудно-частотных
составляющих случайного процесса мощности при пилении древесины содержащей сучки.
Методом K-средних проведена кластеризация пиломатериалов по высотам пропилов для нахождения амплитудно-частотных характеристик процесса
лесопиления. На основе кластеризации выделены три кластера (группы) с близкими значениями дисперсии и следующими значениями высоты пропилов: I
группа (13 – 29 см); II группа (30 – 40 см); III группа (42 – 56 см).
Для выделения частотных составляющих случайного процесса при пилении древесины содержащей сучки, вычислялись оценки математических ожиданий высот пропила, мощности и времени на пропил, диаметра сучьев и расстояния между ними в каждой группе высот пропилов. На основании вычисления частоты встречаемости сучьев, производилось сопоставление частот и амплитуд, полученных при спектральном анализе, и делались выводы о доле затрат мощности на пиление сучков в пропиле (рис.6).
Рисунок 6 – Фрагмент спектрального анализа пиления сучковой зоны I группы высот
пропила
Доля мощности в общем балансе цикла продольного пиления древесины
на пиление сучков в пропиле I группы высот составляет 12,8 % (2,36 кВт), доля
энергозатрат – 2,14 %.
13
Доля мощности в общем балансе цикла продольного пиления древесины
на пиление сучков в пропиле II группы высот составляет 7,1 % (2,19 кВт), доля
энергозатрат – 1,1 %.
Доля мощности в общем балансе цикла продольного пиления древесины
на пиление сучков в пропиле III группы высот составляет 4,7 % (1,91 кВт), доля
энергозатрат – 0,62%.
Определение частотных составляющих и оценка распределения мощности на повороты пиловочника и холостые возвратные движения в цикле продольного пиления выполнено на основе усреднения реализаций процессов с
одинаковыми раскроями пиловочного сырья (рис.7).
Доля вклада мощности поворотов на цикл продольного пиления пиловочника составляет 12,6 % (2,23 кВт), доля энергозатрат – 5,12%.
Доля вклада мощности холостых возвратных движений на цикл продольного пиления пиловочника составляет 10 % (1,816 кВт), доля энергозатрат –
2,02 %. Доля вклада мощности поперечных перемещений на цикл продольного
пиления пиловочника составляет 0,8 % (0,212 кВт), доля энергозатрат – 0,01 %.
Рисунок 7 – Фрагмент спектрального анализа реализаций процесса продольного пиления
древесины
В пятой главе представлен расчет экономической эффективность процесса
производства пиломатериалов на лесосеке. Годовой экономический эффект от
внедрения рекомендуемого процесса составляет – 2901,699 тыс. руб.
Выводы
1. Одним из наиболее обоснованных для оценки технологических процессов лесозаготовок является критерий энергетического характера, а именно
удельная энергоемкость процесса.
2. Установлено, что суммарная удельная энергоемкость при производстве
пиломатериалов на лесосеке у пня в 2,5 раза меньше, чем при производстве их
на нижнем лесопромышленном складе и в 1,03 раза меньше, чем при производстве пиломатериалов на погрузочном пункте, при прочих равных условиях.
3. Наиболее энергосберегающим является технологический процесс производства пиломатериалов у пня и имеющий в этой связи наибольшую долю
14
энергоемкости (98,1%) на продольную распиловку. В связи с незначительной
разностью значений по удельной энергоемкости и организационной сложностью производства пиломатериалов на лесосеке у пня целесообразно выполнять
продольную распиловку на погрузочном пункте.
4. Минимизация удельной энергоемкости лесопиления в условиях лесосеки обеспечивается следующими факторами:
 размещением операций заготовки и обработки древесины в максимальной степени компактности у пня или стоящего дерева;
 снижением количества холостых ходов при продольном пилении;
 снижением количества поворотов пиловочника и перемещения полученных пиломатериалов;
 снижением площади сечений пропилов (суммарных высот пропилов);
 разработкой раскроев с соблюдением отмеченных требований (минимальной площадью сечений сучьев в пропилах, снижением количества поворотов пиловочника и перемещения полученных пиломатериалов и пр.).
5. Результаты моделирования раскроев хлыстов на сортименты и пиломатериалы на основе комплексного критерия позволяют рационально обосновать
максимальный выход сортиментов и пиломатериалов при минимальных затратах энергии на их производство в условиях лесосеки. При планировании оптимального раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы имеется эффект: для
пиловочника 22 см – 0,087 кВт·ч/м3; для пиловочника 26 см – 0,192 кВт·ч/м3;
для пиловочника 32 см – 1,958 кВт·ч/м3.
6. Результаты экспериментальных исследований процесса продольного
пиления древесины в условиях предприятия определили следующие выводы:
6.1. Случайный процесс, характеризующий продольное пиление древесины, является стационарным и к нему применимы стандартные методы спектрального анализа.
6.2. На основе кластеризации выделены 3 группы со следующими значениями высот пропила: I группа (13 – 29 см); II группа (30 – 40 см); III группа
(42 – 56 см).
Доля мощности в общем балансе цикла продольного пиления древесины
на пиление сучков в пропиле I группы высот составляет 12,8 % (2,36 кВт), доля
энергозатрат – 2,14 %.
Доля мощности в общем балансе цикла продольного пиления древесины
на пиление сучков в пропиле II группы высот составляет 7,1 % (2,19 кВт), доля
энергозатрат – 1,1 %.
Доля мощности в общем балансе цикла продольного пиления древесины
на пиление сучков в пропиле III группы высот составляет 4,7 % (1,91 кВт), доля
энергозатрат – 0,62 %.
Доля вклада мощности поворотов на цикл продольного пиления древесины составляет 12,6 % (2,23 кВт), доля энергозатрат – 5,12 %.
Доля вклада мощности холостых возвратных движений на цикл продольного пиления древесины составляет 10 % (1,816 кВт), доля энергозатрат – 2,02
%.
15
Доля вклада мощности поперечных перемещений на цикл продольного
пиления древесины составляет 0,8 % (0,212 кВт), доля энергозатрат – 0,01 %.
Суммарная доля энергозатрат по составляющим цикла лесопиления, которые
могут быть использованы для поиска решений обеспечивающих повышение
энергоэффективности, составляет 11,01%.
6.3. Результаты экспериментальных исследований показали значимость
факторов потребляемой мощности на пиление сучьев и повороты пиловочника
и определили целесообразность разработки энергоэффективных схем раскроя с
минимизацией количества и площади сечений сучьев в пропиле, а также расстояния поворотов пиловочника при распиловке в условиях лесосеки.
7. Экономическая эффективность внедрения рекомендуемого процесса
составила: по удельным эксплуатационным затратам – 41,7 руб./м3; по удельным приведенным затратам – 40,47 руб./м3; по годовому эффекту – 2901,699
тыс. руб.; прирост прибыли за счет снижения эксплуатационных затрат в результате внедрения предполагаемого варианта – 2310,95 тыс. руб.
Публикации по диссертационной работе
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Якимович, С.Б. Оптимизация раскроев на сортименты и пиломатериалы в
условиях лесосеки / С.Б. Якимович, Ю.В. Ефимов // Лесной вестник. – 2008. –
№6. – С. 125 – 129.
2. Якимович, С.Б. Экспериментальная оценка распределения мощности по составляющим цикла продольного лесопиления на основе амплитудно-частотных
характеристик/ С.Б. Якимович, Ю.В. Ефимов// Лесной вестник. – 2013. – №1. –
С. 185 – 191.
Патент на изобретение:
3. Пат. 2312489 Российская Федерация, МПК А 01 G 23/083, A 01 G 23/081.
Лесной комбайн для переработки стоящих деревьев на сортименты / Якимович
С.Б., Ефимов Ю.В., Морозов Е.А.; заявитель и патентообладатель Марийский
гос. техн. ун-т. – N 2006118080/12; заявл. 25.05.06; опубл. 20.12.07, Бюл. N35.
Публикации в других изданиях
4. Ефимов, Ю.В. Методика расчета эксплуатационных параметров лесного
комбайна / Ю.В. Ефимов, А.Н. Невашев, А.М. Мартынов // Научному прогрессу
– творчество молодых: сб. материалов науч. конф. по естественнонаучным и
техническим дисциплинам. Йошкар-Ола. – 2007. – С. 125.
5. Ефимов, Ю.В. Обоснование технико-эксплуатационных параметров лесного
комбайна для производства сортиментов и пиломатериалов / Ю.В. Ефимов //
Актуальные проблемы лесного комплекса: сб. науч. тр. В.18. – Брянск: БГИТА.
– 2007. – С. 17 – 20.
6. Ефимов, Ю.В. Оценка энергоемкости процесса продольной распиловки /
Ю.В. Ефимов, Н.В. Васильева // Моделирование. Теория, методы и средства:
Материалы 7 Международной научно-практической конференции., г. Новочеркасск, 7 апреля 2008г.:В 2ч./Юж.-Рос. гос. техн.ун-т (НПИ).- Новочеркасск:
Лик. – 2008. – Ч.2. – С. 20-22.
16
Гневашев, А.Н. Лесной комбайн / Гневашев А.Н., Мартынов А.М., Ефимов
Ю.В. Научный руководитель: Якимович С.Б., д.т.н., профессор // Научному
прогрессу – творчество молодых: сб. материалов международной конф. по
естественнонаучным и техническим дисциплинам. Йошкар-Ола, МарГТУ. –
2008. – С. 84-85.
8. Ефимов, Ю.В. Мобильный лесопильный модуль / Ю.В. Ефимов // Научному
прогрессу – творчество молодых: сб. материалов международной конф. по
естественнонаучным и техническим дисциплинам. Йошкар-Ола, МарГТУ. –
2008. – С. 94-95.
9. Ефимов, Ю.В. Методика и результаты эксперимента продольного пиления
пиловочного сырья / Ю.В.Ефимов, Е.А. Колесникова, Научный руководитель:
Якимович С.Б., д.т.н., профессор // Научному прогрессу – творчество молодых:
сб. материалов международной конф. по естественнонаучным и техническим
дисциплинам. Ч.3. Йошкар-Ола, МарГТУ. – 2009. – С. 97-99.
10. Якимович, С.Б. Возможности снижения удельной энергоемкости при производстве пиломатериалов на лесосеке / С.Б. Якимович, Ю.В. Ефимов // Актуальные проблемы лесного комплекса/ Под ред. Е.А.Памфилова. Сборник научных
трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск
22. – Брянск: БГИТА. – 2009. – С. 227-228.
11. Ефимов, Ю.В. Измерительный шлейф на основе LabVIEW / Ю.В. Ефимов //
Актуальные проблемы лесного комплекса / Под ред. Е.А.Памфилова. Сборник
научных трудов по итогам международной научно-технической конференции.
Выпуск 22. – Брянск: БГИТА. – 2009. – С. 246-247.
12. Ефимов, Ю.В. Технология получения пиломатериалов на лесосеке / Ю.В.
Ефимов // Актуальные проблемы лесного комплекса / Под ред. Е.А.Памфилова.
Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 22. – Брянск: БГИТА. – 2009. – С. 186-188.
13. Ефимов, Ю.В. Оценка эффективности лесопиления в условиях лесосеки по
критерию удельной энергоемкости / Ю.В. Ефимов// Отраслевые аспекты технических наук. Издательство ИНГН. № 12. – Москва. – 2012. – С. 67-70.
7.
Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37, Ученому секретарю диссертационного совета Куцубиной Н.В.
Факс: (343) 262-96-38. E-mail: [email protected]
Подписано в печать ___________2014 г. Объем 1,0 п.л. Тираж 100. Заказ №____
620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37.
Уральский государственный лесотехнический университет.
Отдел оперативной полиграфии.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа