Разработка и обоснование эффективной технологии трелевки в малолесных районах
На правах рукописи
Абрамов Виталий Викторович
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ТРЕЛЕВКИ В МАЛОЛЕСНЫХ РАЙОНАХ
05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и
лесного хозяйства
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Воронеж – 2009
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ВГЛТА).
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Заслуженный деятель науки РФ
Пошарников Феликс Владимирович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Сушков Сергей Иванович
доктор технических наук, доцент
Григорьев Игорь Владиславович
Ведущая организация: Московский государственный
университет леса (г. Мытищи)
Защита диссертации состоится 24 апреля 2009 г. в 13 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.034.02 при Воронежской государственной лесотехнической академии (394014, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, зал заседания – аудитория 240)
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ВГЛТА
Автореферат разослан 20 марта 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Скрыпников А.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Одной из основных задач развития лесных предприятий на территориях с истощенными сырьевыми базами является комплексное совершенствование пользование лесом с позиций производственно-экономической и лесоводственно-экологической эффективности. Такой подход важно реализовывать с самого начала проектирования лесосечных работ при обосновании системы машин, формирование которой начинается с выбора техники на ведущей операции. В условиях малолесных районов такой операцией является трелевка, в наибольшей степени определяющая стоимость и трудоемкость всех основных и подготовительных работ, а также негативные экологические последствия в виде повреждений оставляемому подросту и деревьям на лесосеке. Вместе с тем, технология трелевки влияет на лесоводственный результат проводимого ухода за лесом, когда при прокладывании волоков и визиров определенной густоты и размеров из процесса лесовыращивания изымается определенная доля территории.
Принятие решений по выбору эффективной технологии трелевки с обозначенных позиций на сегодняшний день ограничено следующими причинами. Сравнение показателей работы существующих трелевочных средств путем натурного эксперимента очень трудоемкий процесс и при этом достоверность полученных результатов не велика по причине отсутствия идентичных условий его проведения в лесу, а для использования ЭВМ необходима разработка критерия позволяющего комплексно оценивать эффективность трелевки, а также математического аппарата функционирования исследуемой техники и соответствующего им программного обеспечения. При этом получение математических моделей работы трелевочных средств только на основе регрессионного анализа не обеспечивает необходимой чувствительности ко всем существенным факторам влияния природного, технического и технологического характера. Целесообразно подключение имитационного моделирования, позволяющего на основе системного подхода более глубоко изучить различные технологии и получить модели, позволяющие не только адекватно прогнозировать результаты трелевки в широко меняющихся условиях производства и природной среды, но и выполнять направленный поиск ее оптимальных технико-технологических параметров.
Таким образом, разработка обобщенного критерия оценки выполнения трелевки с позиций лесоводственно-экологической и технико-экономической эффективности, соответствующего ему математического аппарата и программного обеспечения прогнозирующего на ЭВМ результаты операции различными способами с возможностью расчета оптимальных технико-технологических параметров является чрезвычайно актуальным для лесного комплекса малолесных районов вопросом, положительное решение которого, представляет большой научный и практический интерес.
Цель работы – повышение эффективности трелевки в малолесных районах путем разработки и обоснования наиболее адаптированной технологии к конкретным условиям производства и природной среды на основе имитационного моделирования и многокритериальной оптимизации технико-технологических параметров.
Объектом исследования являются технологические процессы и оборудование тракторной трелевки древесины.
Предметом исследования являются имитационные модели функционирования трелевочной техники, критерии эффективности выполнения трелевки с технико-экономической и лесоводственно-экологической позиции.
Методы исследования. В процессе исследования использованы теория вероятности и математической статистики, имитационное моделирование, натурные и компьютерные эксперименты, многокритериальная оптимизация.
Научная новизна работы:
- получены математические модели структуризации продолжительности цикла трелевки по технологиям учитывающим особенности малолесных районов, и отличающиеся высокой чувствительностью к основным природным, техническим и технологическим факторам влияния;
- разработаны имитационные модели для расчета производительности трелевки, отличающиеся возможностью направленного поиска оптимальных технико-технологических параметров выполнения операции в широко меняющихся условиях производства и природной среды;
- рассмотрена трелевка леса как объект оптимизации в виде кибернетической системы, отличающейся учетом факторов состояния и управления с позиции технико-экономического и лесоводственно-экологического совершенствования;
- предложен обобщенный критерий оценки эффективности выполнения трелевки, отличающийся одновременным учетом прямых производственных затрат, затрат труда, стоимости прокладывания трелевочных волоков и потерь от их изъятия из процесса лесовыращивания, а также повреждений оставляемого древостоя на лесосеке;
- разработано программное обеспечение для расчета на ЭВМ оптимальных технико-технологических параметров трелевки различными вариантами, отличающееся возможностью технико-экономического и лесоводственно-экологического совершенствования операции на стадии проектирования с последующим выбором наиболее эффективной технологии в конкретных природно-производственных условиях малолесных районов.
Значимость для науки.
Полученные в диссертации аналитические зависимости уточняют и дополняют технологический расчет режимов трелевки. Предложенная кибернетическая система способствует развитию оптимизационных моделей операционных процессов лесосечных работ. Обобщение критерия оценки эффективности трелевки способствует совершенствованию экономико-математических моделей поиска оптимального варианта с учетом ограничений по лесоводственно-экологическим требованиям.
Практическая ценность работы. Разработанные аналитические зависимости продолжительности цикла трелевки позволяют в конкретных природно-производственных условиях малолесных районов обосновать оптимальные способы и режимы трелевки; разработанные имитационные модели обеспечивают возможность адекватного прогнозирования производительности работ на трелевке различными технологическими вариантами в широко меняющихся условиях производства и природной среды; представление трелевки как объекта оптимизации в виде кибернетической системы, позволяет обозначить направления и резервы совершенствования операции применительно к условиям малолесных районов; предложенный критерий оценки эффективности трелевки позволяет комплексно совершенствовать процесс с технико-экономической и лесоводственно-экологической позиции путем обоснования оптимальных технико-технологических параметров; разработанное программное обеспечение позволяет на стадии технологического проектирования выбирать наиболее оптимальный способ и режим трелевки в конкретных природно-производственных условиях.
Научные положения, выносимые на защиту:
- математические модели структуризации продолжительности цикла трелевки по технологиям учитывающим особенности малолесных районов, и отличающиеся высокой чувствительностью к основным природным, техническим и технологическим факторам влияния;
- имитационные модели расчета производительности трелевки позволяющие осуществлять направленный поиск оптимальных технико-технологических параметров выполнения операции в широко меняющихся условиях производства и природной среды;
- общая структура трелевки леса как объект оптимизации в виде кибернетической системы с установлением факторов состояния и управления для комплексного совершенствования операции с позиций технико-экономической и лесоводственно-экологической эффективности;
- обобщенный критерий оценки эффективности выполнения трелевки одновременно учитывающий прямые производственные затраты, затраты труда, стоимость прокладывания трелевочных волоков и потерь от их изъятия из процесса лесовыращивания, а также повреждений оставляемого древостоя на лесосеке;
- программное обеспечение для расчета ЭВМ оптимальных технико-технологических параметров трелевки различными вариантами ее выполнения, отличающееся возможностью технико-экономического и лесоводственно-экологического совершенствования операции на стадии проектирования с последующим выбором наиболее эффективной технологии в конкретных природно-производственных условиях малолесных районов.
Достоверность полученных результатов обеспечена использованием системного подхода в исследовании технологии трелевки с применением методов планирования многофакторного эксперимента, имитационного моделирования, теории вероятности и математической статистики, а также сходимостью экспериментальных и теоретических данных, апробацией полученных результатов на предприятиях лесного комплекса.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на:
- всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Организационно-методические вопросы деятельности научно-образовательного центра в области переработки и воспроизводства лесных ресурсов» в 2006 г. (г. Воронеж);
- международной конференции «Повышение эффективности лесозаготовок малолесных районов России» в 2002 г. (г. Воронеж);
- международной научно-практической конференции «Технологии, машины и производство лесного комплекса будущего» в 2004 г. (г. Воронеж);
- ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Воронежской государственной лесотехнической академии в 2002-2008 г.
Публикации. Основное содержание работы и результаты выполненных исследований опубликованы в 2 монографиях и 13 научных статьях, включая 2 научные статьи в издании центральной печати рекомендованного ВАК Минобрнауки России и 3 публикации без соавторов.
Реализация работы. По результатам исследований были подготовлены рекомендации по выполнению трелевки в условиях малолесных районов. Кроме этого, результаты работы внедрены в ООО «Бутурлиновский лес», Учебно-опытном лесхозе ВГЛТА (г. Воронеж), а также в научно-исследовательской и учебной работе кафедры технология и оборудование лесопромышленного производства при выполнении курсовых проектов по дисциплинам «Технология и машины лесосечных работ», «Технология и оборудование лесозаготовок», «Технология и техника в лесной промышленности» и дипломных проектов по специальностям «Лесоинженерное дело» и «Машины и оборудование лесного комплекса».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 266 страницах машинописного текста, из них 148 страниц основного текста и 113 страниц приложений; диссертация иллюстрирована 28 рисунками и 37 таблицами.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цель, научная новизна, выносимые на защиту положения, научная и практическая значимость результатов.
В первом разделе рассмотрено состояние вопроса в области эффективного выполнения трелевки в условиях малолесных районов; анализируется существующая техника и технологии выполнения операции, определены направления и резервы совершенствования трелевки в условиях малолесных районов, сформулированы задачи исследований.
Вопросам исследования технологий и показателей выполнения трелевки посвящены работы ряда крупных советских и российских исследователей: Алябьева В.И., Андреева В.Н., Анисимова Г.Н., Афоничева Д.Н., Барановского В.А., Верхова И.Ф., Герасимова Ю.Ю., Герца Э.Ф., Григорьева И.В., Жукова А.В., Заикина А.Н., Сушкова С.И., Сюнева В.С., Коротяева Л.В., Кочегарова В.Г., Литвинчука Н.Н., Орлова С.Ф., Онучина Е.М., Редькина А.К., Иевиня И.К., Кушляева В.Ф., Макарова Ф.Н., Матюшкина В.З., Мазуркина П.М., Меньшикова В.Н., Муратшина В.М., Некрасова Р.М., Петровского В.С., Пошарникова Ф.В., Прохорова В.Б., Шестакова Я.И., Ширнина Ю.А., Якимовича С.Б., Федоренчика А.С. и других ученых.
Анализ научных исследований определил для малолесных районов актуальность совершенствования трелевки с технико-экономической и лесоводственно-экологической позиции. Основные направления такого совершенствования являются: себестоимость и трудоемкость работ, общая доля трелевочных путей на лесосеке и количество повреждений оставляемому древостою; а резервы находятся на стадии проектирования при обосновании технологии наиболее адаптированной к конкретным условиям производства и природной среды. Основным препятствием такого совершенствования операции является отсутствие единого критерия оценки эффективности трелевки с обозначенных позиций, а также моделей, достоверно прогнозирующих результаты ее выполнения для всего многообразия возможных технологий в широко меняющихся природно-производственных условиях. Создание таких моделей требует более глубокого и всестороннего изучения трелевки на основе теоретических и экспериментальных исследований современными методами.
В итоге были сформулированы следующие задачи исследований:
1.Разработать математические модели структуризации продолжительности цикла трелевки по технологиям учитывающим особенности малолесных районов, и отличающиеся высокой чувствительностью к основным природным, техническим и технологическим факторам влияния;
2.Разработать имитационные модели, достоверно прогнозирующие выполнение трелевки в широко меняющихся условиях производства и природной среды;
3.Представить трелевку как объект оптимизации в виде кибернетической системы с учетом факторов состояния и управления для комплексного совершенствования операции с позиций технико-экономической и лесоводственно-экологической эффективности;
4.Разработать обобщенный критерий эффективности выполнения трелевки одновременно учитывающий прямые производственные затраты, затраты труда, стоимость прокладывания трелевочных волоков и потерь от их изъятия из процесса лесовыращивания, а также повреждений оставляемого древостоя на лесосеке;
5.Разработать программное обеспечение для расчета ЭВМ оптимальных технико-технологических параметров трелевки различными технологиями последующим выбором наиболее эффективной в конкретных природно-производственных условиях малолесных районов.
Во втором разделе на основе анализа существующей техники и технологий выполнения трелевки, применительно к особенностям малолесных районов, были предложены к исследованию различные варианты выполнения операции для дальнейшего научно-обоснованного выбора наиболее эффективного в заданных природно-производственных условиях; на основе системного подхода проведена структуризация циклового времени трелевки по предложенным к исследованию технологиям; установлены связи всех составляющих продолжительности трелевки друг с другом, а также с природными, техническими и технологическими факторами влияния; составлены алгоритмы и имитационные модели функционирования трелевочной техники для определения сменной производительности в различных условиях производства и природной среды.
В качестве альтернатив для научно-обоснованного выбора эффективной технологии трелевки была предложена к исследованию работа трех разнотипных вариантов техники - МТЗ-82 + ЛТП-2; МТЗ-82 + ЗТЛ-2; ЛТЗ-55 + ЛТН-1, ТТР-401; по двум способам трелевки - сортименты, хлысты; с использованием технологических визиров для подтрелевки с пасек древесины и без них. В дальнейшем компьютеризированная система принятия решений способна развиваться и совершенствоваться путем введения новых сравниваемых вариантов.Технологии выполнения трелевки МТЗ-82 + ЛТП-2 различными вариантами проиллюстрированы на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема разработки делянок и пасек при работе МТЗ-82 + ЛТП-2
Структуризация циклового времени трелевки при работе МТЗ-82 + ЛТП-2:
при функционировании МТЗ-82 + ЗТЛ-2:
при работе ЛТЗ-55 + ЛТН-1, ТТР-401:
где 
- количество лесоматериалов в трелюемой пачке, шт.; 
- количество подтрелевочных позиций на первой и второй полупасеке,ед.;
-количество приемов подтрелевки на первой и второй полупасеке, ед.; 
-количество технологических стоянок для подтрелевки необходимого объема трелюемой пачки, ед.; 
-количество переездов трелевочного агрегата на смежную технологическую стоянку для подтрелевки необходимого объеме трелюемого воза, ед.; 
- количество приемов набора пачки в необходимом объеме из подтрелеванных к пасечному волоку лесоматериалов, ед.; где
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
- рейсовая нагрузка, м3;. 
- объем единицы трелюемого воза,; 
- объем древесины подтрелевываемый с одной технологической стоянки, м3; 
- запас древесины, м3/га; 
- ширина пасеки; 
- ширина волока; 
- доля подтрелевываемой или трелюемой древесины от рейсовой нагрузки технического средства 
; 
- степень интенсивности проводимой рубки, м; 
- угол укладки дерева или прокладывания технологического визира относительно пасечного волока в зависимости от используемой технологии разработки пасек, град.; 
- расстояние между технологическими стоянками, м; 
- длина пасеки с древесиной в необходимом объеме трелюемой пачки, м; 
- длина оттягивания тягово-собирающего троса используемой техники на волоке, м; 
- среднее расстояние подтрелевки с полупасеки, м; 
, 
- время холостого перемещения трелевочной техники по магистральному и пасечному волоку соответственно, с; 
- разворот прибывшей подтрелевочной техники, с; 
, 
- установка техники в подтрелевочную позицию на первой и второй полупасеке соответственно, с; 
, 
- разворот прибывшей подтрелевочной и трелевочной техники соответственно, с; 
,
- подготовка к работе технологического оборудования подтрелевочной и трелевочной техники соответственно, с; 
- доставка прицепного устройства на полупасеку, с; - прицепка подтрелевываемого лесоматериала, с; 
- перемещение древесины с полупасеки к подтрелевочному средству, с; 
- отцепка подтрелеванной древесины, с; 
- установка техники в позицию переезда или трелевки из подтрелевочной позиции, с; 
, 
- переезд подтрелевочной и трелевочной техники на смежную технологическую стоянку соответственно, с; 
- оттаскивание тягово-собирающего троса для сбора трелюемого воза, с; 
- опускание раскрытого захвата на трелюемые лесоматериалы, с; 
- чокеровка лесоматериалов на волоке, с; 
- зажим захватом трелюемого воза, с; 
- перемещение зачокерованного воза к трелевочному средству на волоке, с; 
- затаскивание собранного воза на щит, с; 
- подъем захвата с лесоматериалами, с; 
,
- сброс трелюемого воза на волоке и погрузочной площадке соответственнно, с; 
- освобождение тягового каната от лесоматериалов на волоке, с; 
- время груженого перемещения трелевочной техники по магистральному и пасечному волоку соответственно, с; 
- расчокеровка лесоматериалов на погрузочной площадке, с; 
- перевод ТО из рабочего положения в транспортное, с; 
- маневры трелевочного средства при выполнении окучивания лесоматериалов, с; 
- маневры трелевочного средства при выравнивании комлей лесоматериалов, с.
В третьем разделе на основе разработанных имитационных моделей предлагается обобщенный критерий эффективности с технико-экономической и лесоводственно-экологической позиций; представлена программа экспериментальных исследований, предусматривающая пассивные и активные производственные эксперименты для сбора необходимой имитационным моделям информации по составляющим продолжительности трелевки; проведение вычислительного эксперимента на разработанных имитационных моделях для расчета производительности трелевочной техники в различных условиях производства и природной среды по исследуемым технологиям с последующей производственной их проверкой на адекватность; проведение вычислительного эксперимента на имитационных моделях с целью оценки характера и степени влияния природно-производственных факторов на исследуемые критерии эффективности трелевки для обоснования технико-технологических параметров многокритериальной оптимизации; проведение на основе компьютерного эксперимента многокритериальной оптимизации технико-технологических параметров трелевки. Для всех предусмотренных программой исследований натурных и вычислительных экспериментов представлены описания методик их проведения и обработки экспериментальных данных.
Для создания комплексного критерия были предложены следующие параметры эффективности:
где 
- прямые затраты на выполнение трелевки, руб.; 
- косвенные затраты на выполнение трелевки, руб.; 
- дополнительные затраты на выполнения трелевки, руб.; 
-глубина разрабатываемой делянки, м; 
- ширина разрабатываемой делянки, м; 
-сменная производительность трелевочной техники, м3/см; 
- продолжительность смены в часах; 
- часовая тарифная ставка тракториста, руб; 
- количество прицепщиков, обслуживающих один трактор; 
- часовая тарифная ставка прицепщика, руб.; 
- суммарный нормативный коэффициент доплат к основной зарплате; 
- трудозатраты на содержание трактора и трелевочных волоков, чел.дн./см; 
- часовая тарифная ставка вспомогательных рабочих, руб.; 
- коэффициент доплат к основной зарплате вспомогательных рабочих; 
- норма расхода троса в смену, п.м./кВт; 
- балансовая стоимость трелевочного средства, руб.; 
- мощность трактора, кВт.; 
- коэффициент использования мощности двигателя; 
- коэффициент использования двигателя по времени; 
- расхода топлива за одну смену, кг; 
- транспортные расходы; 
- стоимость 1 кг топлива, руб.; 
- стоимость 1 кг смазочных масел, руб.; 
- годовой размер отчислений на технический уход и текущий ремонт; 
- годовая норма амортизационных отчислений, %; 
- стоимость одного комплекта спецодежды, руб.; 
- переводной коэффициент на годовой норматив; 
- количество рабочих, обслуживающих трактор; 
- количество смен работы трактора в году; 
- средняя цена заготавливаемой древесины, руб./м3; 
- годичный прирост древесины, м3/га; 
-расстояние от лесовозной дороги до магистрального волока, м; 
-количество пасек; 
-ширина пасечного волока, м; 
-ширина магистрального волока, м; 
-ширина технологического визира, м; 
- себестоимость содержания машино-смены трелевочной техники, руб.; 
-продолжительность набора трелюемого воза, с; 
-транспортное время работы трелевочной техники, с; 
- продолжительность разгрузки трелюемого воза на погрузочной площадке, с; 
-продолжительность подготовительно-заключительных работ, с; 
-коэффициент использования времени смены; 
- себестоимость содержания одной смены бензиномоторного инструмента на обрабатывающих операциях, руб.; 
-сменная производительность на обрабатывающих операциях, м3/см; 
-трудозатраты на содержание волоков в исправном состоянии, чел.дн./см; 
-трудозатраты на разметку границ пасек и волоков затесками к 1 км, чел.дн/см; 
-трудозатраты на подготовку волоков для тракторной трелевки к 1 км, чел.дн/см; 
- вырубаемый объем древесины на лесосеке в 
-й прием рубок; м3; 
- вероятность повреждения 
- го количества деревьев в зависимости от длины лесоматериала, угла его укладки относительно трелевочного волока, густоты насаждения и расстояния подтрелевки; 
- общее количество прогнозируемых повреждений.
Для формирования обобщенного критерия эффективности трелевки из предложенных использован метод свертки - Геймера, переводящий все составляющие в безразмерный вид с установлением коэффициентов значимости: 
, где 
- безразмерные значения предложенных критериев, 
- максимальные и минимальные значения 
-го критерия; 
, 
, 
, 
, 
, 
- весовые коэффициенты для оптимизации, 
0,1; 
0,1; 
0,1; 
0,1; 
0,1; 
0,5.
В четвертом разделе представлены результаты пассивных и активных производственных экспериментов для сбора необходимой разработанным имитационным моделям информации по составляющим продолжительности трелевки; производственной проверки имитационных моделей на адекватность; компьютерного эксперимента по изучению характера и степени влияния природно-производственных факторов на составляющие комплексного критерия эффективности трелевки для обоснования технико-технологических параметров многокритериальной оптимизации; многокритериальной оптимизации технико-технологических параметров выполнения трелевки.
Рисунок – 2. Графическая иллюстрация результатов компьютерного эксперимента по изучению характера и степени влияния исследуемых факторов на составляющие обобщенного критерия эффективности
Рисунок – 3. Графическая иллюстрация многокритериальной оптимизации технико-технологических параметров трелевки
В пятом разделе приведен расчет экономической эффективности предложенных технологий трелевки. Экономико-математическая модель оценки исследуемых технологий трелевки при уходе за насаждением разработана с использованием математического аппарата стандартной компьютерной программы MS EXCEL, Мathcad, а также собственных программ написанных на языке программирования Delphi. Из анализа представленных результатов многокритериальной оптимизации заметно, что наиболее предпочтительными являются 3, 7, 8 и 11 варианты выполнения трелевки с общими затратами на их реализацию – 71215,8; 70788,6; 84240,9 и 72502,3 рублей; годовым экономическим эффектом в ООО «Бутурлиновский лес» - 306868,8; 303490,7; 329914,2 и 304599,7 рублей; условно-годовой экономией от снижения эксплуатационных затрат - 311068,8; 306790,7; 333214,2 и 311199,7 рублей; а также сроком окупаемости дополнительных инвестиций - 0,61; 0,62; 0,57 и 0,61 лет соответственно.
Общие выводы и рекомендации
Теоретические и экспериментальные исследования по рассматриваемой в диссертации теме представляют собой научно-обоснованные технологические разработки, имеющие существенное значение для лесного комплекса. Завершенные исследования по обоснованию технологии выполнения трелевки в условиях малолесных районов позволяют сделать следующие выводы и рекомендации.
1. Технические средства, используемые в малолесных районах на трелевке леса, обладают недостаточно высокой эффективностью работы по причине не соответствия их характеристик (высокая мощность, грузовместимость, значительные габариты и масса), условиям эксплуатации (небольшие запасы древесного сырья, размеры заготавливаемой древесины, низкая интенсивность выборочных рубок) и лесоводственно-экологическим требованиям (доля технологических площадей на лесосеке, повреждения оставляемого древостоя). В этой связи представляется целесообразным задействовать имеющиеся на предприятиях для лесовосстановления колесные тракторы тяги 9…14 кН в агрегате со специальным навесным трелевочным оборудованием, так как лесовосстановительные работы носят сезонный характер, а небольшие объемы заготовок (10…15 тыс. м3) малолесных районов не требуют круглогодичной загрузки трелевочной техники. Разнообразие таких тракторов и технологического оборудования ставит вопрос оптимального их сочетания путем перебора всех возможных альтернатив в различных лесоэксплуатационных условиях на основе создания компьютерной системы принятия решений. В представленной работе для сравнения выбрано три варианта трелевочных агрегатов - МТЗ-82 + ЛТП-2; МТЗ-82 + ЗТЛ-2; ЛТЗ-55 + ЛТН-1, ТТР-401. В дальнейшем разработанную систему принятия решений можно развивать и совершенствовать, расширяя их количество.
2. На основе анализа процесса работы трелевочных агрегатов и глубокой его структуризации по элементам операции обозначены составляющие циклового времени в зависимости от технологии трелевки, с последующим установлением в результате теоретических исследований их аналитических связей с параметрами элементов лесосеки (ширина делянки 
и ее глубина 
, ширина пасеки 
, ширина пасечного 
и магистрального 
волока, ширина технологического визира 
, ширина ленты набора пачки 
), таксационных параметров насаждения (средний объем хлыста 
, запас насаждения на 1 га 
, длина единицы трелюемого воза), технических параметров трелевочного агрегата (рейсовая нагрузка 
, длина тягово-собирающего троса 
) и параметров технологии его работы (длина оттягивания тягово-собирающего троса 
, расстояние между технологическими стоянками 
, количество технологических стоянок 
, объем единицы трелюемого воза 
, доля трелюемой древесины от рейсовой нагрузки 
), а также лесоводственных параметров проводимых рубок (интенсивность выборочной рубки 
, угол укладки дерева относительно трелевочного волока - 
).
3. На основе разработанных математических моделей структуризации продолжительности цикла трелевки и построенных информационно-логических блок-схем функционирования трелевочных агрегатов получены имитационные модели расчета их производительности в широко меняющихся природно-производственных условиях. Для их реализации на ЭВМ проведены натурные исследования затрат циклового времени по элементам операции. В результате обработки полученных данных определены средневзвешенные значения постоянных затрат времени: 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
; а также установлены эмпирические зависимости расчета переменных затрат времени цикла: 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
, где 
– расстояние перемещения трелюемого воза; 
– расстояние оттягивания тягово-собирающего троса трелевочного агрегата; 
– объем трелюемого воза. Для обработки результатов хронометражных наблюдений использовались программы Statistica, MS EXCEL, Мathcad. Производственная проверка подтвердила достоверность результатов имитационного моделирования разницей в 4…7 %.
4. На основе полученных имитационных моделей функционирования трелевочных агрегатов разработан математический аппарат с программным обеспечением (язык программирования - Delphi) для многокритериальной оптимизации параметров элементов лесосеки и технико-технологических параметров процесса трелевки. В качестве основных показателей эффективности, оценивающих результаты выполнения трелевки предлагается использовать затраты труда, прямые производственные затраты, дополнительные затраты - стоимость прокладывания трелевочных волоков, косвенные затраты - стоимость потерь от изъятия их из процесса лесовыращивания и вероятность повреждений оставляемого древостоя на лесосеке. Преодоление многокритериальной неопределенности и устранение разнородности предложенных критериев происходит путем приведения их к безразмерному виду и установления значимости каждого на основе экспертных оценок (
; 
; 
; 
; 
) с последующей сворачиваемостью в обобщенный показатель. Обоснование параметров оптимизации для каждого варианта техники происходит по результатам вычислительного эксперимента, позволяющего установить характер и степень воздействия исследуемых факторов.
5. Разработанная компьютерная система принятия решений по выбору оптимальной технологии трелевки в условиях малолесных районов используется на стадии проектирования в учебно-опытном лесхозе ВГЛТА, а также на предприятии ООО «Бутурлиновский лес». Для лесоэксплуатационных условий ООО «Бутурлиновский лес в качестве оптимального варианта выбран агрегат МТЗ-82 + ЗТЛ-2 для трелевки хлыстов по схеме разработки пасек без использования технологических визиров (ширина разрабатываемой пасеки 
=62,5 м, расстояние между технологическими позициями 
=13 м; угол укладки дерева относительно трелевочного волока 
=30°). В результате использования данной технологии общие затраты на трелевку были снижены на 11 %, количество повреждений уменьшилось на 16 %, а годовой экономический эффект составил 303490,7 рублей со сроком окупаемости 0,57 лет.
Список опубликованных работ:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России
- Пошарников, Ф. В. Обоснование оптимизационной модели трелевки для несплошных рубок леса [Текст] / Ф. В. Пошарников, В. В. Абрамов // Вестник Московского государственного университета леса. – Лесной вестник. – 2006. – № 110. – С. 3-6 (личное участие 50%).
- Пошарников, Ф. В. Выполнение трелевки в условиях постоянного и непрерывного лесопользования [Текст] / Ф. В. Пошарников, В. В. Абрамов // Вестник Московского государственного университета леса. – Лесной вестник. – 2008. – № 6. – С. 108-111 (личное участие 50%).
Монографии
- Пошарников, Ф. В. Трелевка леса в малолесных районах России [Текст] / Ф. В. Пошарников, В. В. Абрамов ; ВГЛТА. – Воронеж, 2005. – 63 с. – Деп. в ВИНИТИ 15.08. 2005, № 1146-В2005 (личное участие 50%).
- Абрамов, В. В. Имитационное моделирование работы трелевочных средств на выборочных рубках [Текст] / В. В. Абрамов ; ВГЛТА. – Воронеж, 2008. – 96 с. – Деп. в ВИНИТИ 22.07.2008, № 631-В200815.08. 2005 (личное участие 100%).
Статьи и материалы конференций
- Пошарников, Ф. В. Совершенствование базовых машин многооперацион-ных агрегатов, работающих на лесосеке [Текст] / Ф. В. Пошарников, В. В. Абрамов // Повышение эффективности лесозаготовок малолесных районов России : межвузовский сборник научных трудов / ВГЛТА. – Воронеж, 2002. – С. 176-179 (личное участие 50%).
- Пошарников, Ф. В. Оценка перспективности использования колесного и гусеничного движителя на трелевочных тракторах [Текст] / Ф. В. Пошарников, В. В. Абрамов, А. С. Полухин, М. В. Филичкина // Природопользование: ресурсы, техническое обеспечение : межвузовский сборник научных трудов / ВГЛТА. – Воронеж, 2004. – Вып. 2. – С. 242-246 (личное участие 25%).
- Пошарников, Ф. В. Анализ состояния и перспектив развития техники для выполнения переместительных операций на рубках промежуточного пользования по хлыстовой и сортиментной технологиям [Текст] / Ф. В. Пошарников, В. В. Абрамов, А. С. Полухин // Технологии, машины и производство лесного комплекса будущего : межвузовский сборник научных трудов / ВГЛТА. – Воронеж, 2004. – Ч. 2. – С. 122-126 (личное участие 30%).
- Пошарников, Ф. В. Резервы повышения эффективности трелевки [Текст] / Ф. В. Пошарников, В. В. Абрамов // Наука и образование на службе лесного комплекса : межвузовский сборник научных трудов / ВГЛТА. – Воронеж, 2005. – Т. 2. – С. 312-315 (личное участие 50%).
- Абрамов, В. В. Трелевка леса – как объект оптимального управления процессом [Текст] / В.В. Абрамов // Природопользование: ресурсы, техническое обеспечение: межвузовский сборник научных трудов / ВГЛТА. – Воронеж, 2006. – Вып. 3. – С. 30-35 (личное участие 100%).
- Абрамов, В. В. Исследование структуры времени процесса трелевки в условиях малообъемных лесозаготовок [Текст] / В.В. Абрамов // Природопользование: ресурсы, техническое обеспечение: межвузовский сборник научных трудов / ВГЛТА. – Воронеж, 2006. – Вып. 3. – С. 21-29 (личное участие 100%).
- Абрамов, В. В. Выбор трелевочных систем для исследования их работы в условиях малолесных районов [Текст] / В. В. Абрамов, Е. Б. Мануковский // Организационно-методические вопросы деятельности научно-образовательного центра в области переработки и воспроизводства лесных ресурсов: межвузовский сборник научных трудов / ВГЛТА. – Воронеж, 2006. – С. 23-28 (личное участие 50%).
- Абрамов, В. В. Выбор вариантов выполнения трелевки в условиях малолесных районов [Текст] / В. В. Абрамов, Е. Б. Мануковский // Организационно-методические вопросы деятельности научно-образовательного центра в области переработки и воспроизводства лесных ресурсов : межвузовский сборник научных трудов / ВГЛТА. – Воронеж, 2006. – С. 29-33 (личное участие 50%).
- Абрамов, В. В. Оценка технологий и структуры системы машин в задачах автоматизированного технологического проектирования [Текст] / В. В. Абрамов, К. В. Литвиненко // Лес. Наука. Молодежь – 2008 : межвузовский сборник научных трудов / ВГЛТА. – Воронеж, 2008. – С. 149-156 (личное участие 50%).
- Пошарников, Ф. В. Способ разработки пасек для рубок ухода [Текст] : информационный листок ЦНТИ / Ф. В. Пошарников, В. В. Абрамов. – Воронеж : Воронежский ЦНТИ, 2008. – 3 с. – № 36-010-08 (личное участие 50%).
- Пошарников, Ф. В. Повышение эффективности трелевки при проведении рубок ухода [Текст] / Ф. В. Пошарников, В. В. Абрамов ; ВГЛТА. – Воронеж, 2008. – 26 с. – Деп. в ВИНИТИ 22.07.2008, № 632-В2008 (личное участие 50%).
Просим Вас принять участие в работе диссертационного совета Д 212.034.02 и выслать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, Воронежская государственная лесотехническая академия, учёному секретарю.
Тел. 8-4732-53-72-40, факс 8-4732-53-72-40, 8-4732-53-76-51
Абрамов Виталий Викторович
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ТРЕЛЕВКИ В МАЛОЛЕСНЫХ РАЙОНАХ
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Подписано к печати 17.03.2008 Заказ №
Объём усл. п. л. 1. Тир. 100 экз.
Отпечатано в РА «Оптовик Черноземья»
г. Воронеж, ул. Ленина, 73
