На правах рукописи - Сибирский государственный
реклама
На правах рукописи Упит Владимир Михайлович ОБОСНОВАНИЕ ПУТЕЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОТОКОВ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ Специальность 05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Красноярск 2011 2 Работа выполнена в федерального университета. Политехническом институте Сибирского Научный руководитель кандидат технических наук, старший научный сотрудник Гуслицер Игорь Исаакович Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Дорошенко Виктор Андреевич - кандидат технических наук, профессор Курицын Виктор Николаевич Ведущее предприятие Уральский государственный лесотехнический университет Защита диссертации состоится «02» декабря 2011 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.253.04 в Сибирском государственном технологическом университете по адресу: 660049, Красноярск, ул.Мира, 82 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного технологического университета Автореферат разослан «____» _________2011 г. Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент А.В. Мелешко 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. К настоящему времени, из-за развала лесной отрасли, явившегося следствием перестройки, на смену индустриальному производству на лесозаготовках, включая и нижнескладское производство, пришло полукустарное, основанное на сортиментной заготовке и вывозке леса. Большинство механизированных нижних лесопромышленных складов трансформировалось в пункты перевалки круглого леса потребителю. Строительство лесовозных дорог круглогодового действия с твердым покрытием практически прекратилось. Объемы производства многократно снизились. На нижних лесопромышленных складах поточные линии по первичной обработке древесного сырья из-за физического и отчасти морального износа, отработав свой моторесурс и многократно перекрыв в ряде случаев нормативные сроки амортизации, прекратили свое существование. В результате самоликвидации отраслевых НИИ и проектных институтов, а также перепрофилирования заводов лесного машиностроения, создание новых поточных линий и производственных потоков было прекращено. Для возрождения лесной отрасли, помимо решения общегосударственных проблем возврата к предреформенным объемам производства и их наращиванию, с выходом на показатели обеспечивающие освоение расчетной лесосеки, которая по Красноярскому краю осваивается всего на 15-18%, необходимо отказаться от полукустарного производства и, не возвращаясь к имевшему место многообразию типажей поточных линий, разработать и создать по одному типажу (не более) производственных потоков для каждой из систем машин 1НС и 2НС. Актуальность технического перевооружения нижних лесных складов предопределена значительным опытом лесопромышленного производства в период предшествующий проведению в жизнь экономических реформ, целесообразностью и возможностью использования научных, проектных и организационных проработок, проведенных в СТИ-СибГТУ - Дорошенко В.А., Петровским B.C., Лозовым В.А., Дегерменджи Г.А., Кондратьевым В.И., Мироновым Г.С., в СибНИИЛП - Гуслицером И.И., Кухарским В.Д., Загоскиным В.А., Дитрих В.И., Петровым Ю.М, в ПЛО «Красноярсклеспром» - Скибой И.А., Кожевниковым П.А., в КФ Гипролестранса - Кирилловым И.А., в ЦНИИМЭ – Воеводой Д.К. Целью исследований является обобщение отечественного и зарубежного опыта разработки, создания и эксплуатации производственных потоков первичной обработки древесного сырья и, на основе принципов логистики, обоснование путей совершенствования производственных потоков и поточных линий с эксплуатационными показателями обеспечивающими их эффективное функционирование. Задачи исследований, решаемые для достижения поставленной цели: - численная минимизация и оптимизация типажей производственных потоков на нижних лесопромышленных складах для каждой из систем машин 1НС и 2НС - по одному типажу для каждой из систем машин; 4 - адаптация известных и отработка новых методов научного поиска таких например, как «замещение», «привнесение новых качеств», кратное удвоение показателей и качеств; - оптимальный выбор и обоснование эксплуатационных показателей установок, обеспечивающих выполнение укрупненных операций на создании поперечной щети хлыстов и их осевой групповой и поштучной ориентации, передаче хлыстов на раскряжевку, на раскряжевке хлыстов в продольном и поперечном потоках; - обоснование оптимального выбора технических решений по разделению поперечного потока бревен для их сортировки по качественным признакам; - разработка схемы универсального прогнозного производственного потока первичной обработки древесного сырья в системе машин 2НС способного трансформироваться по времени в элементарные технические решения с учётом грузооборота, запросов потребителя лесопродукции и финансовых возможностей лесозаготовительного предприятия. Научная новизна обеспечена системным подходом к решению поставленных задач, а также: а. Применением редких, в практике подготовки диссертационных работ по специальности 05.21.01, логических методов (алгебры высказываний) для условий недетерминированного производства; простым и в достаточной мере эффективным методом использования алгебры логики явился метод комплексной оценки соответствия состояний заданным критериям-требованиям. б. Оптимальным синтезом рабочих машин, поточных линий, производственных потоков и, соответственно, операций и процессов с использованием математического моделирования при рассмотрении объектов исследований как промышленных автоматов типа А (Р, X, У), где Р - состояния, X - критерии-требования, У - выходы системы (показатели соответствия и качества). в. Использованием метода топологических преобразований при исследовании переместительных устройств. г. Применением таких методов как «привнесение новых качеств», «замещения одних неперспективных объектов другими перспективными». д. Использованием такого методического подхода как «решение от противного», например путем замены гравитационной сброски бревен в лесонакопители «инерционно-импульсной», заменой сухого трения вязким, заменой непрерывной уборки отходов от технологического оборудования прерывисто-пульсирующей и т. п.. е. Применением сопоставительного анализа, который позволяет не только получить сравнительную по качеству оценку объектов исследований, но и оценить их численно, установить на сколько один объект лучше или хуже другого. ж. Обоснованием и опытной проверкой, в процессе натурного эксперимента на нижнем складе Манзенского ЛПХ, возможности и 5 целесообразности создания производственных потоков первичной обработки древесного сырья в потоке с поперечным перемещением хлыстов и бревен на всех операциях от разгрузки подвижного состава лесовозных дорог до сортировки лесоматериалов включительно. Практическая ценность диссертационной работы заключается в обосновании перспектив замены неограниченного множества экспериментальных, опытных и опытно-промышленных поточных линий и производственных потоков семи типажей систем машин 1НС и 2НС нижних лесопромышленных складов, применявшихся к началу XXI века, двумя конечными единичными множествами - по одному для каждой из систем машин ( таблица 1): - типа ППЛ-4 (типажа БЗ) для системы машин 1НС производительностью до 200 м3 в смену в потоках обрезки сучьев и раскряжевки хлыстов , и - типа ЛО-26ПК (типажа Г6) для системы машин 2НС в поперечных потоках раскряжевки хлыстов, производительностью 600-800 м3 /см. Сокращение номенклатуры изделий отечественного лесного машиностроения позволит удешевить затраты на проектирование, изготовление и создание производственных потоков первичной обработки древесного сырья. Разработанные и рекомендованные к применению монозвенные технические средства перемещения хлыстов и брёвен вместо многозвенных цепных, на операциях и в процессах предшествующих сортировке, многократно повышают надежность и долговечность поточных линий типажа Г6 и создают условия для создания поточных линий высокой эксплуатационной надежности. Целесообразность и возможность реализации условия существования и эффективного функционирования систем первичной обработки древесного сырья на нижних лесопромышленных складах лесовозных дорог, определяемая неравенством (П1>П2>...> Пл <Пл+1<...<Пн) установлена не только для поточных линий, но и для производственных потоков. Здесь Пi - потенциально возможная и необходимая производительность рабочих машин на следующих друг за другом этапах процессов первичной обработки древесного сырья. Обосновано создание и определена область применения в системе машин 2НС, принципиально новых типов поперечных сортировочных лесотранспортеров, автором одного из которых является диссертант (Пат. 68483 РФ, МПК В65G47/38). Разработана система уборки отходов от технологических узлов поточных линий, исключающая простои из-за несвоевременного удаления отходов (Пат. 53591 РФ, МПК В07 С5/14, авторы Упит В.М. и др.). Реализация работы. Разработаны и опубликованы предложения по созданию производственных потоков повышенной и высокой надежности. Определена исходная база для прекращения и предотвращения организации производства всех неэффективных рабочих машин и поточных линий. 6 Апробация. Основные результаты исследований доложены на Международной конференции (декабрь 2005 г.) - организатор КГТУ на Всероссийской научно технической конференции «Проблемы машиностроения и новые материалы. Борисовские чтения» (сентябрь 2006 г.) и Всероссийской конференции (октябрь 2005 г.) - организатор СибГТУ. Публикации. По материалам исследований опубликовано 9 печатных работ, перечень которых приведен в конце реферата. Две печатные работы опубликованы в изданиях рекомендованных ВАК. Получено два Патента ФИПС РФ, тесно связанные с темой диссертационной работы. Основные положения, выносимые на защиту. 1. Математические модели, в матричной и алгебраической форме установления перспективных для применения поточных линий, процессов и средств групповой и штучной ориентации хлыстов, в процессе первичной обработки; подачи хлыстов на слешер; раскряжевки в поперечном и продольных потоках; предложения по конструктивному исполнению слешеров, с внесением предложений по уточнению ГОСТ 17461-84 по определению понятий «слешеры» и «триммеры». 2. Обзор путей, средств и результатов прогнозирования состава и структуры производственных потоков и поточных линий. 3. Определяющие факторы создания прогнозной поточной линии и производственных потоков, сочетающих применение как поперечных, так и продольных сортировочных устройств. Структура и объем работ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 103 наименований и четырех приложений. Диссертация изложена на 136 страницах. Работа выполнена в 2007 году в Красноярском государственном техническом университете (ныне Политехническом институте Сибирского федерального университета) на кафедре «Гидропривода и гидропневмоавтоматики». СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дается обоснование актуальности темы исследований определено место объекта исследований в структуре лесного комплекса РФ и Красноярского края. Раздел 1. Выявление проблем, установление цели и задач исследований. Исходные методические положения Установлены основные понятия, отражающие процесс первичной обработки древесного сырья на нижних складах в поточных линиях и производственных потоках систем машин 1НС и 2НС. Определена роль головного и региональных НИИ, вузов, проектных организаций в разработка, и создании поточных линий и производственных потоков. Проведен краткий обзор поточных линий и производственных потоков, в создании и исследовании которых приняли участие Ашкенази К.М., Залегаллер Б.Г., Ласточкин П.В., Воевода Д.К., Рахманин Г.А., Вячеславов К.А., Венценосцев Ю.Н., Лозовой В.А. Определена и роль научной школы 7 Красноярска, объединившая ученых, конструкторов, проектировщиков, создавших и апробировавших 7 типов крупных объектов лесопромышленного производства на уровне опытно- промышленных образцов – ППЛ-4 .,СТИ1,СТИ-2, СТИ-3, ЛО-26М, ЛО-26ПК, ЛО-105 (рисунки 1,2,3,4,5). Рисунок 1. Поточная линия ЛО-26П в Предивинском ЛПХ. Рисунок 2 – Поточная линия СТИ-3 в Большемуртинском ЛПХ 1. – Бункерная установка МСГ-3, 2 – запас деревьев, 3 – козловой кран, 4 – конвейер ЛТ-53, 5 конвейер ориентирующий, 6 – сбрасыватели, 7 – слешер, 8 – транспортер поперечный, 9 – лесонакопители, 10 – погрузчик челюстной «Валмет», 18 – транспортер отходов. Методические проработки и установки строились с применением моделирования при широком использовании разных типов моделей, от графических до математических. Разработаны и использованы методы 8 моделирования, раскрывающие, с применением графических и буквенных символов, структуру и вид предмета труда, направление и способ его перемещения, способ обработки (рисунок 7). Разработаны и применены новые методы научного поиска, такие как метод «замещения», проявившийся в неоднократной замене на поточной линии ЛО-26П, каждый раз на более высоком уровне, системы осевой ориентации и накопления бревен; освоен метод «привнесения новых качеств», использованный в системе отбора и передачи на утилизацию древесных отходов; развит новый методический подход научного мышления, основанный на принципе «от противного» (условное название) - отказа от применения стереотипов сложившихся на производстве и в мышлении положений. Этот метод реализован, например, при создании поперечного лесотранспортера, не по ранее определенным принципам размещения в поперечных потоках лесонакопителей «ПОД» и «НАД» тяговыми органами, а «СБОКУ» их. Качественные эксперименты строились на использовании натурных и мысленных моделей в приведенной ниже последовательности. Составляют маршрут перемещения предметов труда в процессе обработки в виде словесных, графических и тёкстовых моделей; определяют узловые этапы трансформации предмета труда (деревьев, хлыстов, бревен), осуществляют перебор возможных к применению технических средств (состояний) для каждого этапа обработки с одновременной минимизацией их численного состава до 3-4 состояний; составляют графическую модель производственного потока (поточной линий) отвечающую требованиям, предъявляемым к эскизным проектам, с обеспечением взаимоотношения элементов модели, являющейся объектом мысленного эксперимента, по потенциально возможной производительности Пi-1>Пi>Пi+1 - для элементов размещенных в пространстве до лимитирующего производительность узла и Пi-1<Пi<Пi+1 - для последующих за лимитирующим узлом элементов техпроцесса. Затем проводят оптимальный поиск выбора лучшего каждого из возможных к применению элементов системы используя 14 этапов алгоритма оптимального поиска (смотри: Гуслицер И.И. Термохимическая переработка древесного сырья: Монография -/ И.И. Гуслицер, Г.С. Миронов, А.В. Михайленко. -Красноярск: СибГТУ,2005. – С. 29 - 32). Метод установления соответствия объектов заранее заданным исследователем критериям - требованиям использовался на всех этапах работ, от сопоставления отдельных элементов производственных потоков со своими аналогами, до построения гипотетических прогнозных производственных потоков. Раздел 2. Анализ производственных потоков по первичной обработке древесного сырья. Все поточные линии и производственные потоки первичной обработки входят в 4 группы типажей (А, Б, В, Г) и включают в себя поточные линии: - с продольным перемещением предмета труда при обработке (типажи А1,А2,БЗ); - с поперечным перемещением (типаж В4); 9 - с поперечно - продольным (типажи Г5 и Г6) (таблица 1). Поточные линии типажа Г 7, основанные на использовании триммерных раскряжевочных установок типа МР-8 и АР-2, из дальнейшего рассмотрения исключены. - Мы можем рассматривать систему первичной обработки древесного сырья, с использованием поточных линий и производственных потоков типажей (А1, А2, БЗ, В4, Г5, Гб), как промышленных автомат типа A(P,X,Y), где Р состояния (объекты исследования и оценки); Х- входы в систему требования к состояниям; Y- выходы системы, определяемые показателями ПС>0,75 и качества ПК=1. - Раскрываем нормально - дизъюнктивную функцию НДФ: А1 А2 Б 3 В4 Г 5 Г 6 А1 А2 Б 3 В4 Г 5 Г 6 Р( Рi ) - с использованием матричной, в алгебраической моделей Таблица 1 – Типажи и типы производственных потоков. Система машин Типажа Характеристика произво- производственных потоков дственного потока 1 2 А Типаж поточных линий 3 4 С продольным перемещением А1 деревьев, хлыстов, бревен на всех операциях. А2 1НС Б В С совмещением в одном Б3 агрегате сучкорезной установки типа ЛО-27, стрелового манипулятора и маятниковой пилы. С перемещением хлыстов и В4 бревен в поперечном потоке на всех, операциях. 2НС Г С раскряжевкой хлыстов на Г5 многопильной раскряжевочГ6 ной установке в поперечном потоке первичной обработки Г7 древесного сырья. (1) координатах РХ, и поточных и линий Характеристика (тип) поточной линии 5 ПСЛ-2А на обрезке сучьев + ПЛХ-3АС на раскряжевке. ЛО-15С на раскряжевке при обрезке сучьев в лесу лесной машиной ЛП-33. ППЛ-4, ЛО-30 на обрезке сучьев и раскряжевке, стреловой манипулятор на загрузке деревьев или хлыстов в протяжное устройство. ЛО-26М на выполнении всех укрупненных операций от разгрузки до сортировки в поперечном потоке. СТИ-3 – на базе слешера. ЛО-26ПК– на базе слешера. МР-8; ЛР-2 – на базе триммера. 10 Примечание: В таблице 1 перспективные для применения типы поточных линий и типажи производственных потоков затенены. ( А1 А2 Б 3 В 4 Г 5 Г 6) ( А1 А2 Б 3 В 4 Г 5 Г 6) Б 3 Г 6 (2) Отрицание целесообразности применения, а следовательно и углубленного рассмотрения типажей А1 и А2 (на поточных линиях типа ПСЛПЛХ) обусловлено тем, что они нетехнологичны и являются морально устаревшими. Также нетехнологичны в условиях прирельсовых и береговых нижних складов поточные линии типажа В4. Целесообразность использования производственных потоков типажа Г5 (например, типа СТИ3) отрицается из-за неразрешенности вопроса сортировки бревен по породам и качеству. В то же время на нижних складах грузосборочных дорог простые и дешевые линии типажа Г5 (таблица 1) могут найти применения в качестве временной альтернативы для обеспечения пиловочником деревообрабатывающих предприятий, оснащённых собственными сортировочными средствами. Для грузооборотов нижних складов до 100-150 тыс. м3 в год обосновано применение поточных линий типа ППЛ-4 типажа БЗ, основанных на продольном перемещении предмета труда при обработке деревьев, с совмещением обрубки сучьев и раскряжевки одним агрегатом, а сортировкой бревен на установке типа ЛТ-86. Здесь деревья трансформируются в бревна, минуя состояние хлысты. Для грузооборотов 200 и более тыс. м3 в год обосновано применение производственных потоков типажа Г6, с обработкой в процессе поперечного перемещения и сортировкой с разделением потока бревен на поперечный и продольный. Сюда относятся поточные линии ЛО-26П Предивинского и ЛО26К Карабульского леспромхозов, обозначаемые в дальнейшем - ЛО-26ПК (рисунок 1). Рисунок 3 - Поточная линия ЛО-105. 1 - Приёмное устройство пачек хлыстов; 2 - разобщитель хлыстов ЛТХ-80; 3 - манипулятор; 4 устройство ориентирования и поштучной выдачи; 5 - раскряжевочное устройство; 6 - устройство приема сортиментов; 7 - транспортер отходов. 11 Рисунок 4 - Поточная линия Раума - Репола. 1 - Двухсекционный поперечный транспортер; 2 - ламельный транспортер; 3 - ориентирующий транспортер; 4 - манипулятор; 5 - раскряжевочное устройство; б - выносной транспортер; 7 - скребковый транспортер; 8 - выносной ленточный транспортер для уборки мусора. Рисунок 5 - Поточная линия ППЛ-3 системы машин 1 НС. Вид сбоку. 1 - Ствол обрабатываемого дерева, 2 - гусеничное протаскивающее устройство, 3 - сучкорезная установка со статическими ножами, 4 - маятниковая пила, 5 -плоскость движения захвата манипулятора, 6 - плоскость резания, 7 – сортировочный лесотранспортер, 8 – сортимент Раздел 3. Оптимальный синтез производственных потоков. В системе машин 1НС однозначно обосновано применение поточной линии по схеме ППЛ-4 , реализованной и использовавшейся в десятках леспромхозов Красноярского края (рисунок 5). Аналог этой поточной линии (ЛО-30) не конкурентоспособен со своим прототипом – поточной линией ППЛ-4 при её эксплуатации в сочетании с типовым лесотранспортером типа ЛТ-86, для грузооборотов нижних складов 100-150 тыс. м3 в год. При работе ППЛ-4 комлевую часть дерева закладывают стреловым манипулятором в протаскивающее устройство, выполненное с движителем в виде тракторных гусениц или вальцов с рифлеными роликами, которыми одновременно с обламыванием сучьев, дерево протаскивают на длину сортимента через сдвинутые до контакта с поверхностью ствола дерева ножи сучкорезной установки типа ЛО-27. Сортимент, отпиленный маятниковой пилой передается на сортировочную установку. Движение оставшейся части ствола возобновляют на длину очередного сортимента. При вывозке леса в хлыстах, при их обработке, ножи сучкорезной установки не сдвигаются (таблица 2). 12 Таблица 2 - Состав оборудования и работ по типажу БЗ, тип ППЛ-4 № Оборудование 1 Разгрузочная установка РРУ 2 Манипулятор стреловой 3 Протяжное устройство 4 5 6 7 Операции типа Подача пачки деревьев к месту обработки Подача комля дерева в протяжное устройство Цикличное перемещение ствола дерева на длину сортимента Сучкорезная установка ЛО-27 Обрезка сучьев Пила маятниковая Раскряжевка Приемный лоток — Сортировочная установка типа ЛТ- Сортировка бревен с их гравитационной или 86 инерционной сброской в лесонакопители В системе машин 2HC главным условием эффективного функционирования технологических структур поточных линий и производственных потоков нижних складов является выполнение неравенства П,>П2>...>ПЛ-1>ПЛ<ПЛ+1<...<ПН, (3) - где Пi - потенциальная , возможная, максимальная производительность отдельных звеньев техпроцесса, в последовательности от разгрузки хлыстов до сортировки бревен, а Пл - потенциальная возможная расчетная производительность лимитирующего звена поточной линии или производственного потока. Здесь «лимитирующее звено» - слешер. Условиями функционирования производственных потоков является наличие межоперационных и буферных запасов хлыстов «на» и «у» поточной линии. Межоперационные запасы определяются соотношением М3=(Пi-Пi+1)(1-К), (4) где К- коэффициент использования оборудования по времени, и суммарная величина межоперационного запаса Л М 3 М 31 М 32 ... М 3( Л 1) (5) 1 Параметры межоперационного запаса (протяженность, при удельной загрузке межоперационного участка q J П i П i 1 1 К q М3 . q площадь) (6) Состав технических средств ориентации комлей хлыстов (рисунок 6) относительно створа комлевой пилы слешера Р(Р1,Р2,РЗ,Р4), где Р1-про дольный реверсивный конвейер (на СТИ-3, ЛО-65); Р2- стреловой манипулятор (ЛО-105, Раума -Репола); РЗ- горизонтальный манипулятор с клещевым захватом; Р4- сочетание ориентирующей стенки с шнековым конвейером, представленное в виде нормальной дизъюнктивной функции (НДФ) ( Р1 Р 2 Р3 Р 4) Р1 Р 2 Р3 Р 4 Р3 Р 4 (7) Нагрузка кН.м 13 Рисунок 6. Групповая ориентация торцов хлыстов относитльно створа комлевой пилы слешера. а- График разброса комлевых торцов хлыстов, б - агрегатирование шнекового конвейера с упорной поворотной ориентирующей стенкой, в - ориентация комлей хлыстов, г- характер нагрузок на валах шнеков. На поточных линиях типа ЛО-26 технические средства поштучной передачи хлыстов на слешер, выполненные в виде барабанных питателей (рисунок 8 а), совмещены с ориентирующим устройством в виде клещевого захвата. Гидравлический привод захвата комля и линейного перемещения хлыста в зеве (лотке) барабанного питателя, при его повороте на 90°, дае возможность двухстороннего перемещения хлыстов и вырезания комлевой пилой отрезков хлыстов для удаления напённой гнили и отщепов. а . б Рисунок 7. Графическая и буквенная символика операций и предметов труда в 14 производственных потоках. Поточная линия ЛО-26П в графических символах (а); то же в буквенных символах (б). Возможность применения каждого из состояний системы устанавливают в процессе матричного моделирования условиями ПС>0,75показателем соответствия и ПК=1- показателем качества. Здесь по матричной оценке: для РЗ- показатель (ПС=1 и ПК=1), а для Р4-(ПС=0,83 и ПК=1) в то время как для Р1(ПС=0,33 и ПК=0,33), а для Р2(ПС=0,17 и ПК=0). Таким образом доказана неприменимость состояний Р1 и Р2 и доказана целесообразность совместного функционирования групповой и поштучной ориентации. Анализ средств поштучной выдачи хлыстов на слешер с состояниями Р(Р1,Р2,РЗ), где Р1- инерционные толкатели, Р2- три-четыре пары шнеков со встречной навивкой, РЗ- барабанный питатель Р1 Р2 Р3 Р1 Р 2 Р3 Р1 Р3. (8) Здесь по матричной оценке для Р1 (ПС=0,75 и ПК=1) для РЗ (ПС=0,8 и ПК=1). В то же время для Р2 (ПС=0,4 и ПК=0). Таким образом, для поштучной выдачи хлыстов на слешере оптимальным решением будет применение барабанного питателя (состояние РЗ) и, в отдельных случаях, импульсного инерционного питателя (состояние Р1) и (рисунок 8а). Рисунок 8. Барабанный питатель слешера (а), лесонакопитель переменной емкости (б) с поворотными мотовильными стойками. 1- Брарабан питателя, 2 – отсекатель, 3 – поджимный кулачковый конвейер, 4 – ось вращения, 5 – мотовильные поворотные стойки, 6 – стойки стационарные, 7 – шнековый питатель. Ступающих от слешера, с сортировкой по укрупненным традициям диаметров на поточной линии ЛО-26П применялись накопители с подвижными стойками, прямолинейно перемещающимися по мере заполнения лесонакопителей (рисунок 10). Для накопления лесопродукции у прогнозной поточной линии предусмотрено использование лесонакопителей с полноповоротными стойками (рисунки 8б и 11). 15 Анализ выявил однозначные преимущества состояния Р2 при У(ПС=1, ПК=1), поскольку показатели выхода У для состояния Р1 У(ПС=0,25 и ПК=0). Таким образом, однозначно установлена эффективность слешерной раскряжевки. Анализ различных типов слешеров Р(Р1,Р2,РЗ,Р4,Р5), где Р1 слешер на ЛО-65; Р2-слешер на СТИ-3; РЗ- слешер на ЛО-26П К; Р4- слешер на ЛО105; Р5- слешер фирмы Раума-Репола Усть-Илимского ЛПХ. Х(К1,К2,...К7), где К1-минимальная установленная мощность электродвигателей пил; К2- минимум суммарной мощности двигателей пил; КЗ- минимальные пусковые токи; К4- разделение по времени включения в работу; К5- компьютерное управление раскряжевкой; К6- блочное исполнение пильных модулей; К7- зубчатая передача вращения на пилы, с использованием маховика на пилах (рисунок 8). Рисунок 9 - Мощность электродвигателей пил слешера Обозначения: ∆ - действительная мощность пил, кВт ◊ - расчетная мощность при λ.=2,4, кВг —•—о—•—паспортная мощность двигателей, кВт о=о - мощность пил фирм Раума - Репола, кВт Диаметр дисковых пил, мм Таблица 2 – Матрица инцидентности оценки различных типов слешеров X - ходы в систему – критерии требования РСостояния К1 К2 К3 К4 К5 К6 К7 Р1 да да да нет нет нет нет Р2 да да да нет нет нет нет Р3 да да да да нет да да Р4 да да да нет нет да нет Р5 нет нет нет нет да нет нет Доминирующие критерии требования К2, К3, К6. Y - выходы (состояния) ПС≥0,75 ПК=1 0,4 0,7 0,6 1,0 0,9 1,0 0,6 1,0 0,2 0 16 НДФ: (Р1 Р 2 Р3 Р4 Р5 ) ( Р1 Р 2 Р3 Р 4 Р5) =Р3. (9) По матричной оценке установлены явные преимущества состояния РЗ при Y(ПС=0,9; ПК=1). В то же время для состояний Р1 Y(ПС=0,4;ПК=0,7), для Р2 Y(ПС=0,6;ПК=1), для Р4 Y(ПС=0,6;ПК=1) и для Р5 Y(ПС=0,2;ПК=0). Таким образом, однозначно установлена эффективность слешера ЛО26ПК по отношению к другим слешерным установкам. Вал привода механизма надвигания хлыстов на пилы длиной до 25 м находится в сложных условиях эксплуатации. Помимо значительных вращающих моментов, передаваемых через звездочки тяговых органов, на вал привода воздействуют изгибающие нагрузки и температурные деформации, меняющие свой знак зимой и летом, днем и ночью. Сплошной вал поточной линии ЛО-65 Игирминского леспромхоза в полной мере воспринимает эти нагрузки. На поточной линии ЛО-26ПК приводной вал выполнен «псевдогибким», состоящим из коротких жестких валов пильных блоков, соединяющих ведущие звездочки, связанные с аналогичными валами смежных блоков трубчатыми валами, каждый из которых несет две шарнирн- шлицевые муфты. По техническим решениям приводного вала слешера Игирминского ЛПХ (состояние Р1) и Предивинского - Карабульского ЛПХ (состояние Р2) имеем Р(Р1,Р2) и Х(К1,...К6), где К1- минимальная жесткость приводного вала ; КЗснижение влияния температурных деформаций на вал; К3- снижение влияния вертикальных перемещений приводных звездочек на прочность (жесткость) конструкции, К4- простота монтажа-демонтажа пильных блоков, К5простота ремонтных работ, Кб- простота изменения постава раскряжевки. НДФ: (Р1 Р 2 ) ( Р1 Р 2) =Р2. (10) Для состояния Р2 Y(ПС=1,ПК=1). В то же время для P1 Y (ПС=0,2 и ПК=0). Таким образом, однозначно установлена эффективность применения псевдогибкого приводного вала механизма надвигания хлыстов пилы на слешер. Для обеспечения безотказной работы слешеров - устранения или предотвращения зажимов пил в резах при раскряжевке, определились два технических решения. На поточной линии ЛО-26П в Предивинском ЛПХ зажимы дисковых пил предотвращались за счет суммарного эффекта маховых масс пильного диска и маховика, совмещенного с зубчатой передачей. При этом расчетная мощность электродвигателей принималась равной N расч N : , (11) где N- действительная максимальная мощность, а - коэффициент перегрузочной способности, учитываемый при цикличном характере кратковременных нагрузок (рисунок 8). Другое техническое решение, 17 исключающее зажимы пил, это применение электродвигателей действительной мощности, без учета коэффициента , реализованное на основе зарубежного опыта в Усть- Илимского ЛПХ на поточной линии фирмы Раума- Репола. Раздел 4. Прогнозирование путей и средств унификации производственных потоков и поточных линий Технологическое перевооружение лесной отрасли на нижних лесных складах должно привести к унификации оборудования, а в идеале к использованию, для выполнения одного и того же вида работ, только одного лучшего из возможных образцов традиционной или новой техники. В системе машин 1НС таким лучшим образцом новой техники является поточная линия ППЛ-4, впитавшая в себя все лучшее из того чего достигло творческое мышление ученых и конструкторов и опыт производственников - конструктивную простоту, низкую металлоемкость, компактность, с сокращением габаритов по длине поточной линии вдвое, агрегатирование сучкорезной и раскряжевочной установок, обслуживание одним оператором, объединение в производственный поток с простой и надежной сортировочной установкой ЛТ-86. В системе машин 2НС требованием создания унифицированного производственного потока (рисунок 9) отвечает установка ЛО-26ПК. Опытно - промышленные образцы этих поточных линий в Предивинском и Карабульском леспромхозах отработали, с минимальным объемом ремонтных работ, соответственно 20 и 10 лет при средне - нормативном сроке эксплуатации типовых установок до 5 лет. Помимо удачных конструктивных и компоновочных технических решений достижение таких результатов было обеспечено применением вместо многозвенных, на половине используемых движителей, монозвенных движителей предмета труда, с установлением соотношения протяженности моно и многозвенных тяговых органов 1:5. J0 J1 J2 J3 J4 J5 J6 Рисунок 10 – Поточная линия ЛО-26ПК повышенной эксплуатационной надежности, с использованием монозвенных конвейеров. 18 Рисунок 11. Прогнозная поточная линия высокой схемной надежности с монозвенными конвейерами. J1 - узел приёма хлыстов и их выдачи в обработку, J2 узел создания поперечной щети хлыстов, J3 - поджимной конвейер. J4 - поштучный питатель. J5 - слешер. J6 - узел передачи бревен в продольный поток J9 или лесонакопитель J7 + J8. Таблица 3. – Показатели конвейеров линии повышенной надежности. Индексы Длина участков конвейеров, м J1 J2* J3 J4* J5 J6* Итого J1,J3,J5 Итого J2,J4,J6 Всего 10 5* 5 2* 10 4* Число Число Общая ветвей ниток длина тяговых органов, м 2 4 80 4* 20* 2 4 40 2* 2 11 220 10* 40* 340 Число Число звеньев роликовых, втулок, боковых пластин 400 2400 4* 200 1200 2* 1100 4400 10* 1700 8000 - - 62* - 16* - - 402 - 8016 25 11* 36 Конвейеры с индексами J1,J3,J5 - многозвенные структуры. Конвейеры с индексами J2*,J4*,J6* - монозвенные структуры. Применение монозвенных структур (шнековых и круговых) упростило техническое обслуживание, которое свелось к замене два раза в год консистентной смазки в пресс-масленках подшипников. Замена всех многозвенных движителей предмета труда монозвенными, как показало прогнозирование, позволяет создать в системе машин 2НС на базе поточной линии ЛО-26П(К) прогнозную поточную линию высокой 19 надежности (рисунок 10) с сокращением общей длины тяговых органов с 400 до 90 м. При этом сокращение числа исполнительных механизмов на перемещении хлыстов до 40, реально осуществимо при нынешнем уровне лесного машиностроения и наличии творчески подготовленных ученых и конструкторов, потенциал которых аккумулирован в вузах и промышленных предприятиях. В то же время, решение задач создания производственных потоков высокой надежности требует прогнозных решений опирающихся на положение Г. Лейбница о том, что «современность чревата будущим, но не слепком с прошлого и настоящего, а как более высокая форма диалектических тенденций развития». Создание производственных потоков высокой надежности в системе машин 2НС строится на принципах прогностики. Это: 1.Творческое использование предшествующего отечественного и зарубежного опыта и, прежде всего, опыта красноярской школы создателей поточных линий СТИ-(1-3) и ЛО-26, а также наличия творческих групп в вузах и на производстве. Этот опыт не всегда являлся позитивным. К негативному опыту следует отнести развал лесной отрасли, снижение объёмов производства, прекращение функционирования поточных линий в большинстве леспромхозов и практически повсеместное прекращения строительства лесовозных дорог круглогодового действия. К негативному опыту относится также развал отраслевой науки и проектирования ликвидация ЦНИИМЭ, СибНИИЛП, Гипролестранса и его Красноярского филиала, перепрофилирование заводов лесного машиностроения на не лесную продукцию. 2. Возрождение общероссийской информационно - аналитической организации типа ВНИПИЭИлеспрома по освещению и полуляризации передового опыта науки и производства. 3. Реализация потенциала упреждения - опережающей избыточности внешних факторов инициирующих устранение негативных факторов, таких, например, как высокий уровень неосваиваемых перестойных лесонасаждений - потенциального источника пожаров и поражения лесов энтомовредителями, нереализованных возможностей переработки дров и древесных отходов в древесный уголь, с получением многомиллионных доходов, с решением проблемы энергообеспечения многолесных северных, удаленных от транзитных путей транспорта районов. Важным элементом реализации потенциала упреждения является создание принципиально новых рабочих машин, таких, например как поперечный конвейер с размещением лесонакопителей СВЕРХУ и СБОКУ тяговых органов [7], обеспечивающих «кратный» рост производительности производственного потока. В результате устраняется разница в расчетных производительностях слешера (лимитирующего узла потока), составляющая 650-800 м3 в смену, сдерживаемая ограниченной производительностью отечественных 3 продольных лесотранспортеров, не превышающей 160-200 м /см. 20 Рассмотренная проблема решена в результате разработки производственного потока высокой схемной надежности, где разгрузка раскряжевка хлыстов решается группой устройств « » (рисунок 12), продольная сортировка, с принудительной смазкой тягового органа, группой устройств « » и поперечная сортировка - группой устройств « » при их коммутации друг с другом устройством « » P( , , , ) . (12). Здесь продольная сортировка, реализуемая группой устройств « », обеспечивается продольным цепным лесотранспортером с тяговым органом, выполненным из тяговых цепей, предпочтительно разборных с разрывной нагрузкой не менее 290 кН, при принудительной смазке. На поперечной сортировке применены сортировочные лесотранспортеры « » с размещением лесонакопителей НАД или, что более предпочтительно, СБОКУ тяговых органов. Коммутация групп устройств P ( , , , ) осуществляется с использованием коммутирующего устройства « », представляющего собой лесотранспортер со сдвоенным тяговым органом, что исключает его отказы (разрушения), к конечной части которого непосредственно подсоединена приемная часть поперечного лесотранспортера (« »). Продольный сортировочный лесотранспортер « » связан с коммутирующим лесотранспортером « » через муфту- звездочку, применение которой, с использованием ее инерционных, демпфирующих и упругих свойств, обеспечивает плавные подключения, отключение и приведение в движение тягового органа. Использование инерционных сбрасывателей с электро или гидравлическим приводом обеспечивает быстродействие сброски, а следовательно, способствует повышению производительности сортировочной установки. β γ α δ Рисунок 12 - Прогонозный производственный поток высокой надежности. « » Поточная линия слешерной раскряжевки. « » Продольный лесотранспортер высокого скоростного режима « » Поперечный лесотранспортер « » Коммутирующий участок производственного потока 21 Производственные потоки по первичной обработке древесного сырья Р (Р1,....,Р4), где Р1- прогнозный поток высокой схемной надежности типа P ( , , , ) , Р2- производственный поток Усть -Илимского ЛПК, РЗпроизводственный поток ЛО-26ПК и Р4- производственный поток СТИ-3, Х(К1,...К8) - входы в систему (критерии- требования), где К1- расчетная производительность потока не менее 500-600 м3/см, К2- расчетная производительность 700-800 м3/см, КЗ- наличие групповой ориентации хлыстов, К4- возможность поштучной ориентации хлыстов для выпиловки напенной гнили, К5- возможность удаления из производственного потока фаутных лесоматериалов, Кб- возможность проведения, как продольной, так и поперечной сортировки, К7- возможность оперативной (в течении рабочей смены) замены поставов раскряжевки, К8- монозвенная характеристика конвейеров поточной линии. Состояния Р(Р1,...Р4) могут быть оптимизированы матричным или алгебраическим способом. Матричное моделирование в координатах РХ при доминирующих критериях - требованиях К1 и К2 показывает, что лучшими из возможных являются состояния Р1 и РЗ, где Y(ПС=0,88, ПК=1), в то время как для Р2(ПС=0,5 и ПК=0,5), а для РЗ Y (ПС=0,13 и ПК=0,5). Алгебраическое моделирование показывает, что НДФ: (Р1 Р 2 P3 Р4 ) ( Р1 Р 2 Р3 Р 4) =Р1˅P3. (13) Таким образом, на первичной обработке древесного сырья предпочтительно использование прогнозного производственного потока типа P ( , , , ) высокой схемной надежности. Как переходная модель до начала промышленного освоения прогнозного потока (Р1), может найти применение производственный поток в составе поточной линии повышенной надежности ЛО-26ПК в сочетании с продольным сортировочным лесотранспортером любого типа, предпочтительно ЛТ-86. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ Цель исследований - поиск путей совершенствования и разработка производственных потоков и поточных линий по первичной обработке древесного сырья - достигнута. Все задачи, решение которых обеспечивало достижение цели, решены. 1. В результате минимизации числа, применявшихся на нижних лесопромышленных складах леспромхозов, производственных потоков по первичной обработке древесного сырья, насчитывающих несколько десятков, количество рекомендуемых к применению типов производственных потоков сокращено до двух. 22 Для системы машин 1НС, основанной на продольном перемещении предмета труда в процессе его обработки, в качестве единственного средства первичной обработки деревьев и хлыстов, рекомендовано применение поточной линии типа ППЛ- 4 , в сочетании с сортировочным транспортером типа ЛТ-86. Для системы машин 2НС, построенной на поперечном и поперечно-продольном перемещении хлыстов и бревен, при их обработке, рекомендуется применение поточной линии типа ЛО-26ПК повышенной надежности с передачей лесоматериалов на продольную сортировочную установку с разрывным усилием тягового органа 290 кН и более, скоростью движения тягового органа 2-2,2 м/с и инерционно – импульсной сброской бревен в лесонакопители. 2. Осуществлен оптимальный выбор и обоснованы эксплуатационные показатели рабочих машин и механизмов в системе машин 1НС, на основе агрегатирования сучкорезно - раскряжевочных установок с их обслуживанием одним оператором. Для машин системы 2НС определено условие гарантированного обеспечения функционирования производственных потоков П1>П2>.. .>ПЛ<ПЛ+1<ПН. (14) Решена проблема групповой и поштучной ориентации хлыстов и выпиловки напенной гнили древесных стволов. Обоснована необходимость отказа от триммерной раскряжевки и использования слешеров на раскряжевке хлыстов. Решена задача обеспечения конструкционной надежности слешеров за счет применения «псевдогибких валов» и зубчатых передач от электродвигателей к пилам, с использованием маховика для исключения зажимов дисковых пил. Натурный эксперимент, с заменой на третьем пильном блоке поточной линии ЛО-26П клиноременной передачи зубчатой, с использованием маховика, обеспечил безотказность работы этого пильного блока. 3. Исследования проведены с использованием нескольких видов моделирования, от графического до физического (предметного), с приоритетом натурного, проявившего себя, например, на двухкратной замене, на основе мысленного эксперимента, средств обеспечения межторцовых разрывов между перемещаемыми в поперечном потоке бревнами на поточной линии ЛО-26П. Математическое моделирование проводилось с рассмотрением систем машин в поперечных и продольных потоках обработки древесного сырья, как промышленных автоматов типа А (Р, X, У). Применены новые методы исследований, такие, как метод «замещения», «привнесения новых качеств», «кратного удвоения», топологических преобразований. Поиск оптимальных технических и технологических решений проводился на основе установления соответствия объектов (состояний Р) заданным критериям-требованиям (входам в систему X) и результатам поиска оптимальных решений (выходам системы У), определяемых показателями соответствия ПС и качества ПК. 4. Как правило, эксперименты осуществлялись в два этапа: этап их 23 мысленной составляющей и, затем, собственно качественный этап, на основе привнесения состояниям Р новых качеств таких, например, как устранение разбега торцов бревен при их передаче в лесонакопители, или, выравнивание торцов комлей хлыстов в процессе их перемещения к слешеру. 5. Обосновано техническое решение, на основе опыта эксплуатации опытно-промышленной установки ЛО-26П Предивинского леспромхоза, проработавшей без капитальных ремонтов 20 лет с 1973 по 1993 гг., и ЛО26К, эксплуатировавшейся в Карабульском леспромхозе 10 лет, с обеспечением повышенной надежности, достигнутой за счет применения, наряду с традиционно используемыми многозвенными цепными движителями, монозвенных. 6. Обоснована возможность и найдено техническое решение создания производственных потоков высокой надежности, с полной заменой практически всех многозвенных цепных движителей хлыстов и бревен, на поточной линии типа ЛО-26ПК, монозвенными (шнековыми, барабанными, круговыми, мотовильными). Разработан прогнозный производственный поток P( , , , ) где - участок разгрузки раскряжевки , хлыстов и передачи бревен на сортировку, - участок продольной сортировки бревен, - участок поперечной сортировки, - коммутационный участок. 7. Обоснована целесообразность применения в составе производственных потоков высокой надежности, поперечных сортировочных лесотранспортеров, разработанных специалистами Красноярской научной школы, с размещением лесонакопителей НАД и СБОКУ грузонесущих ветвей тяговых органов. Основные положения диссертации опубликованы в научных журналах и изданиях, определенных перечнем ВАК РФ 1. Упит, В.М. Лесная отрасль Красноярского края на новом этапе / В.М. Упит, В.И. Бутылкин, И.И. Гуслицер // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. Вып.1. - Красноярск: 2007. - С. 227 -230. 2. Упит, В.М. Матричное моделирование при поиске оптимальных решений / В.М. Упит, В.И. Бутылкин // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. Вып.2. - Красноярск: 2007. - С. 52 -54. В других научных изданиях: 3. Каверзин, С.В. He альтернатива многомиллионным перспективным инновациям, а сегодняшний инновационный вклад в развитие края/С.В. Каверзин, И.И. Гуслицер, В.И.Бутылкин, В. М. Упит // Вестник Центрально - Сибирской Торгово - Промышленной Палаты (ЦСТПП), 2005, июль-август. - С. 23 - 24. 24 4. Упит, В.М. Аналитическое моделирование производственных потоков промышленного и аграрного производства / В.М. Упит, И.И. Гуслицер // Лесоэксплуатация: межвуз. Сб. науч. тр., вып.6; Сибирский государственный технологический университет. - Красноярск: 2005. - С. 173 176. 5. Упит, В.М. Накопители для лесных грузов. Создание и совершенствование / В.М. Упит, В.И. Бутылкин. Доклад на Всероссийской научно - технической конференции «Проблемы машиностроения и новые материалы. «Борисовские чтения». - Красноярск: 2006. ИПЦ КГТУ, 2006. - С. 171 - 175. 6. Упит, В.М. Проблемы, цели и задачи технического перевооружения нижних лесных складов / В.М. Упит // Лесной и химический комплексы Проблемы и решения, сб. статей по материалам Всероссийской научно практической конференции. Том 3. - Красноярск: СибГТУ, 2005. - С. 134 137. 7. Упит, В.М. Первоочередные задачи технического перевооружения нижних складов леспромхозов / В.М. Упит, В.М. Бутылкин, И.И. Гуслицер // Инновационное развитие регионов Сибири: Материалы межрегиональной научно - практической конференции. Часть 1. - Красноярск: ИПЦ КГТУ; 2006. - С. 130- 133. 8. Пат. 53591 РФ. МПК 7 В07С 5/14. Полезная модель. Накопитель перегружатель лесоматериалов / В.М. Упит, И.И. Гуслицер, В.И. Бутылкин. Приоритет 29.11.2005. Опубликовано 27.05.2006. Бюл. №15. 9. Пат. 68483 РФ. МПК 7 B65G 47/38. Полезная модель. Устройство для сортировки бревен / В.М. Упит, В.И. Бутылкин, И.И. Гуслицер, Г.С. Миронов. Приоритет 03.04.2007. Бюл. №33. Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направить по адресу: 660049, г. Красноярск, проспект Мира 82, СибГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.253.04 Мелешко А.В.
