Лесозаготовительное производство

 

 

Научная новизна.

 

1).Разработаны математические модели  функционирования гибких лесообрабатывающих  процессов лесозаготовительных  предприятий на основе системного  анализа и исследования операций, отличающиеся учетом стохастичности  операций, варьирования размерно-качественных  параметров обрабатываемого сырья  и коньюктуры спроса на рынке лесопродукции.

2). Разработана классификация гибких  лесообрабатывающих процессов лесозаготовительных  предприятий.

 

3). Установлены закономерности  и математические зависимости  воздействия различных факторов  на технологические и технико-экономические  параметры гибких лесообрабатывающих  процессов.

4). Разработаны методы расчета  количественных и качественных  характеристик и определены критерии  эффективности гибких лесообрабатывающих  процессов.

5). Предложен коэффициент комбинирования, дающий возможность количественно  оценить уровни комбинирования  обработки различных видов древесного  сырья в цехах с гибкими  лесообрабатывающими процессами.

6). Разработаны алгоритмы и программы  имитационных моделей на ЭВМ,  позволяющие количественно оценить  влияние на загрузку оборудования  состава обрабатываемого древесного  сырья, интенсивности обработки  круглых лесоматериалов в цехе, управления потоками лесоматериалов в процессе обработки.

7). Предложен алгоритм применения  метода прогнозирования и оперативной  оценки производственной ситуации  гибкого лесообрабатывающего производства  дающий возможность определять  параметры его функ-

ционирования с учетом изменения состава обрабатываемого в цехе древесного сырья и спроса на рынке лесопродукции.

 

Практическая значимость работы. Результаты исследования позволяют:

 

- определять параметры функционирования  гибких лесообрабатывающих процессов  лесозаготови1ельных предприятий  с учетом состава обрабатываемого  сырья, стохастичности выполняемых  операций и колебаний спроса  на рынке лесопродукции;

- определять вместимости складов  сырья и складов лесопродукции лесообрабатывающих цехов, а также вместимости буферных устройств для многофазных технологических линий гибких лесообрабатывающих процессов;

- рассчитать сложные многофазные  структуры технологических линий  гибких лесообрабатывающих процессов  по разработанным программам  на ЭВМ;

- применять структурные и классификационные  схемы, формулы, графики и рекомендации  при проектировании новых и  реконструкции действующих гибких  лесообрабатывающих процессов лесозаготовительных  предприятий, а также в научно-исследовательских  работах и в учебном процессе  вузов лесного профиля.

 

 

          На защиту выносятся:

 

1. Алгоритм проектирования гибких  лесообрабатывающих процессов лесозаготовительных  предприятий, позволяющий определять  показатели функционирования этих  процессов и оценивать их эффективность.

2. Имитационная модель гибкого  лесообрабатывающего процесса, учитывающая  вероятностный характер воздействия  на него внешних факторов и  стохастичность выполняемых операций  по обработке древесного сырья.

3. Результаты экспериментального  анализа функционирования гибких  лесообрабатывающих процессов с  различными вариантами компоновки  станков в технологические линии.

4. Алгоритм прогноза рыночного  спроса на лесопродукцию с оценкой воздействия этого спроса на загрузку применяемого оборудования, и на запас готовой лесопродукции цехов перед ее отгрузкой потребителю.

5. Математические модели функционирования, позволяющие определять параметры  гибких лесообрабатывающих процессов  лесозаготовительных предприятий  в широком диапазоне варьирования  различных факторов.

6. Результаты математического моделирования  и расчета основных параметров  гибких лесообрабатывающих процессов  при различных вариантах компоновки  оборудования в технологические  линии и вероятностного характера  функционирования лесообрабатывающего  производства в условиях лесозаготовительных  предприятий. 

 

Лесозаготовительные предприятия  различают по объему производства, сортиментному плану, сроку действия, типам лесовозного транспорта и  лесопромышленных складов. Объем вывозки древесного сырья (в кубических метрах за год, квартал, месяц, сутки или смену) — основной количественный показатель, характеризующий лесозаготовительное производство. 
Его устанавливают по общему запасу древесного сырья в закрепленном за предприятием лесном массиве, его характеристике и постоянству лесопользования. Сортиментный план устанавливает объем вывозки древесины по видам продукции лесозаготовок в зависимости от ее назначения и размерно-качественных характеристик. Кроме круглых лесоматериалов, лесозаготовительные предприятия производят пиломатериалы, ящичную тару, клепку, мебельные заготовки, технологическую щепу и др. Процесс производства в этом случае осуществляется по специальной технологии. Комбинирование, или соединение в одном предприятии разнородных производств, характерно цля лесозаготовительного производства как отрасли промышленности. При этом возможны различные виды комбинирования лесозаготовок: с деревопереработкой, с лесохимией, со сплавом леса, с лесным хозяйством и т. д. Срок действия лесозаготовительного предприятия зависит от его основного назначения, производственной структуры, таксационной характеристики насаждений, народнохозяйственных задач и др. Ежегодный объем древесного сырья, подлежащий рубке в данном лесном массиве, определяют расчетной лесосекой с учетом состояния лесонасаждений и условий их воспроизводства в перспективе. народнохозяйственными потребностями в древесном сырье и объемом вывозки предприятия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

История развития лесозаготовительного производства

 

Орудия труда лесозаготовителей  берут свои истоки, как, впрочем, и  все технические устройства, с  примитивного каменного рубила с  острыми кромками, полученными в  результате скола или после некоторой  обработки. Привязав его к палке, неведомый первобытный дровосек стал обладателем пратопора. Топор — первое двусоставное орудие. Соединение двух элементов было непростой инженерной задачей. Поначалу их связывали жилами животных или полосками кожи. Таким топором успешно обходились аборигены Австралии, Африки и Центральной Америки почти до середины ХХ века. Судя по экспериментам, проведенным археологами, таким инструментом можно было свалить средних размеров ель всего за 25 мин. 

Топор появился примерно в  ХI - VII тысячелетиях до нашей эры. Одним из первых был так называемый топор - клевец — с узким вытянутым прямоугольным лезвием, ориентированным поперек топорища.

Топор – вначале каменный, затем бронзовый и железный - был  основным орудием труда в лесу на протяжении многих тысячелетий.

Как только люди научились плавить  металлы, они стали изготовлять  медные топорища. Известно, что уже  много веков назад русские  кузнецы делали отличные железные топоры. Как ни парадоксально, но, по расчетам математика В. И. Желиговского, найденные во время строительства московского метрополитена древние топоры по своим параметрам обладали более высоким коэффициентом полезного действия, чем современные. ¹ 

В VIII в., когда цивилизация Европы начала быстро развиваться, возникла потребность в расчистке огромных территорий, занятых густыми лесами. В Средние века додумались до изогнутой рукоятки. Это сделало топор еще более популярным у лесорубов.

На массовую основу производство топоров как средств вырубки  леса было поставлено в 1830-х годах  в Соединенных Штатах Америки. Топоры братьев Коллинз, в которых вес  клинка был равен весу топорища, безраздельно царили на рынке вплоть до 1880-х годов, когда их окончательно потеснила механическая пила.

Топор господствовал на лесозаготовках вплоть до середины ХIХ века. После того, как люди научились ковать железо, на лесозаготовках с топорами стали соперничать пилы.

Считается, что первая пила появилась еще до начала летописной истории. Наиболее ранними экземплярами стали найденные археологами зазубренные куски камня. В основном они использовались для создания орнамента на кости и мягком камне. Древние египтяне создавали пилы из бронзы, причем зубьями у них служили алмазы и другие драгоценные камни. Зубья египетских пил имели наклон в сторону рукояти, что позволяло совершать рез «на тягу». Такие пилы до сих пор используются на Востоке.

Античные греки и римляне  считали, что первыми изготовили пилу из челюстей и позвоночников  крупных рыб могущественные боги.

В бронзовом веке пилы стали  делать из бронзы, а в железном —  из железа, причем их снабдили сравнительно удобной рукояткой типа «лисий хвост». Появление первых железных пил относят  к 50 году до н. э.

Однако пилы на лесоповалах  распространялись медленно, так как  пользоваться применяемыми на делянке  двуручными пилами приходилось втроем: двое пилили, а третий, помощник, смотрел  и подталкивал шестом готовое  упасть дерево в нужную сторону. Между  тем, свалить такое же дерево за такое  же время мог и один лесоруб, вооруженный  топором. Правда, пильщики не раз пытались навязать роль помощника самому инструменту, зачастую находя простые и остроумные решения. Например, делали одноручные пилы, изготовленные из согнутого  ствола тонкой березки, к концам которого крепилось пильное полотно.

В ХIХ веке широко применялись "американки", представлявшие комбинацию ножовки и двуручной пилы. Таким инструментом спилить небольшие деревья можно в одиночку. Куда сложнее была пила, оснащенная поддерживающими опорами, подпружиненными роликами и винтами, регулирующими прижим полотна к стволу. Видимо, из-за этой самой сложности она и не пользовалась популярностью у лесозаготовителей.

Много лет, и небезуспешно, для валки деревьев применяли  лучковые пилы. В нашей стране они  встречались еще в послевоенные годы. Их тонкие, из легированной стали  полотна имели особенность - толщина  спинки была больше, чем режущей  части со сложным профилем зубьев. В конце 20-х - начале 30-х годов ХХ в. шведская фирма "Сандвикен" выпускала подпружиненные пилы "Компис", которые работали следующим образом. Сначала в ствол дерева упирали штангу, к ней крепилась возвратная пружина. Другой ее конец соединялся с одноручной пилой-ножовкой, которую в одну сторону тянул лесоруб, а в другую - пружина.

В середине ХIХ века происходит интенсивное развитие техники, что отражается и на технологии лесозаготовок, где появляются первые лесоповалочные механизмы. Так, в устройстве, придуманном американским инженером Гамильтоном в 1861 году, двое рабочих рукоятками вращали колесо-маховик с зубчатым венцом, тем самым приводя в возвратно-поступательное движение пильное полотно. Примерно в те же годы русский изобретатель Д. И. Журавский первым предложил пилу, в которой роль режущего органа выполнял диск с зубьями. Вращался он от ручного привода, через коническую передачу, а крепился на раме, передвигавшейся по двум пазам в горизонтальном направлении. ¹

Естественно, создатели подобных механизмов старались применять прежде всего стандартные узлы и детали, уже опробованные в технике. Тогда самой распространенной была паровая машина. Ее-то и включил в свой передвижной агрегат английский инженер Рансоме (1860 г.). От её силовой установки пар поступал по длинным шлангам к цилиндрам нескольких рабочих машин, к штокам которых крепились собственно пилы. Такие агрегаты можно было кое-где встретить в начале ХХ столетия. ²

Но вот на смену пару пришло электричество. И уже в первые годы ХХ века в Германии изобрели способ валки деревьев с его помощью. Ствол обтягивали внизу стальной проволокой. Затем включали электромотор, проволока начинала быстро, словно лента транспортера, вращаться. Нагреваемая током, а также от трения она обугливала древесину и легко перепиливала ствол. При этом опасность лесного пожара исключалась, поскольку проволока нагревалась не докрасна.

Появление электродвигателей открыло  возможность создавать разнообразные  варианты электропил. Самый простой  из них - механизм, разработанный в 1936 году архангельским механиком Н. Ф. Харламовым. На раме крепился электромотор, на его удлиненном валу устанавливался конический фрикционный каток, соприкасавшийся  с пильным диском и приводивший  последний во вращение. Пилой Харламова, недостаток которой заключался в  том, что она была тяжела, обычно управляли моторист с помощником. Позже этот агрегат пробовали  облегчить, вырезав среднюю часть  пильного диска - образовавшееся рабочее  кольцо удерживалось изнутри распорными роликами, соединенными с фрикционной  передачей и двигателем. ¹

Стремление объединить достоинства  лучковой пилы с возможностями электрифицированного привода способствовало возникновению  довольно любопытных конструкций. Еще  перед войной в Архангельске испытывалось необычное устройство. Из небольшого переносного контейнера, в котором  располагались мотор, редуктор и  цепная передача, выходили два длинных  троса. Они соединялись с концами  лучкового полотна. Происходило  попеременное натяжение каждого  троса и перемещение пильного полотна вперед-назад.

Однако более простой  и производительной оказалась лучковая пила, у которой режущее полотно  представляло собой бесконечную  ленту, натянутую на шкивы. К одному шел привод от электромотора. Этот инструмент разработали в 40-х годах сотрудники Свердловского лесотехнического института.

И все-таки ни диск, ни ленточное  полотно, даже кольцеобразное, не стали  основой современных переносных механических пил. Ею стала режущая  цепь, впервые предложенная ещё в 1858 году американцем Брауном. Его  современники не оценили изобретения. Первые серийные образцы подобных пил  появились лишь спустя несколько  десятилетий. Они были громоздкими, орудовать ими в одиночку было невозможно. Пример тому - мотопила "Сектор", разработанная в 20-30-х годах ХХ века шведским инженером Вестфельтом. На ней режущая цепь, натянутая по треугольному контуру через звездочки (одна ведущая), приводилась во вращение от бензинового двигателя через коническую передачу и длинный вал.

В эти же годы предельно тяжелые  условия лесозаготовительного труда  и низкая его производительность подталкивали вперед и инженерную мысль  в СССР. В конце 1927 года приказом ВСНХ СССР была учреждена Северная опытная станция по механизации  и рационализации лесозаготовок. С  целью изучения зарубежной техники  в 1927 году в СССР завезли для испытания появившиеся за границей моторные пилы «Сектор», «Рапид» и другие. С этого, собственно, и начиналась история моторных пил в СССР. Время показало, что электропилы хороши на раскряжевке, но малопригодны для валки. В 1931 году Бюро приспособлений Машинотреста проектирует и изготавливает первые опытные образцы бензомоторной пилы «Пионер», а Главное военно-инженерное Управление РККА организует изготовление бензомоторных пил МП-300 и серии электропил «Большевик». Вслед за этим ученый совет ЦНИИМЭ утвердил для реализации проект облегченных бензомоторных пил под марками ЦНИИМЭ-1 с поворотным пильным аппаратом и ЦНИИМЭ-2 цельноповоротной конструкции, а также дальнейшие модификации - ЦНИИМЭ-3 и ЦНИИМЭ-4. ¹