На правах рукописи

укашевич Виктор Михайлович

ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКТОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛЕСОСЕЧНЫХ И ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

С УЧЕТОМ СЕЗОННОСТИ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Петрозаводск 2007

Диссертационная работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Петрозаводский государственный университет

Защита состоится л___ __________2007 г. в _____ часов на заседании диссертационного совета Д.212.190.03 при Петрозаводском государственном университете (185910, Республика Карелия, Петрозаводск, пр. Ленина, д. 33).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского государственного университета

Автореферат разослан л___ ______________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Поляков В. В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Важнейшее направление развития лесозаготовительной промышленности - полное и экологически безопасное освоение и использование сырьевого потенциала лесных ресурсов, которые для Российской Федерации входят в число приоритетных. Рекомендации по выбору комплектов и режимов работы лесосечных и лесотранспортных машин зачастую носят разноречивый характер, мало учитывают сезонность лесозаготовок и условия работы регионального ЛПК. В известных работах недостаточно внимания уделено вопросам прогнозирования влияния климата и других природно-производственных условий на выполнение лесозаготовительных работ. Обоснованный выбор комплектов и режимов работ лесосечных и лесотранспортных машин весьма актуален для предприятий отрасли в сложных природно-производственных условиях лесозаготовок (сезонность, разнообразие типов лесозаготовительных и лесотранспортных машин, типов грунтов, заболоченности, типов покрытий временных лесовозных дорог). Такой выбор может быть осуществлен только с использованием современных математических методов и ГИС-технологий, обеспечивающих рациональный выбор комплектов машин и режимов их работы с учетом сезонности лесозаготовок.

В связи с этим, задача обоснования комплектов машин и режимов их работы с учетом сезонности лесозаготовок является актуальной.

Цель работы. Обосновать технологические решения, повышающие эффективность функционирования комплектов лесосечных и лесотранспортных машин с применением математических методов и ГИС-технологий.

Научная новизна. Разработана математическая модель и алгоритм формирования комплектов машин и выбора режима их работы, учитывающие вероятностный характер природно-климатических условий лесозаготовок и позволяющие принимать технологические решения при распределении лесосечного фонда на зоны летней и зимней вывозки. Установлены новые зависимости, характеризующие природно-климатические показатели в разрезе районов Республики Карелия, которые собраны в единую ГИС. Построены эмпирические функции распределения начала, окончания и количества дней вывозки для снежных, снежно-ледяных и ледяных дорог, на примере Сегежского района Республики Карелия. Разработаны рекомендации по выбору режима лесозаготовительных машин в условиях Республики Карелия.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель и алгоритм формирования комплектов лесозаготовительных машин и выбора режима их работы, учитывающие вероятностный характер природно-климатических условий лесозаготовок.

2. Новые зависимости, характеризующие динамику природно-климатических показателей лесозаготовок по всем районам Республики Карелия.

3. Эмпирические функции распределения начала, окончания и количества дней вывозки для снежных, снежно-ледяных и ледяных дорог, полученные на примере Сегежского района Республики Карелия.

4. Результаты оценки технологических показателей лесосек в процессе рубок в зимних и летних условиях.

5. Рекомендации по выбору комплектов и режимов работ лесозаготовительных машин.

Достоверность научных исследований подтверждается значительным статистическим материалом, полученным в реальных природно-производственных условиях, адекватностью разработанных моделей, результатами статистической обработки данных.

Практическая значимость. Результаты исследования являются научной основой для принятия решений в области формирования комплектов и режимов работы машин, что повышает эффективность лесозаготовительных работ. Разработанный на основе ГИС-технологий программный продукт является исходной базой данных для рационального распределения лесосечного фонда на зоны летней и зимней заготовки и для определения сроков вывозки в условиях Республики Карелия. Используемая методика работ может быть тиражирована в другие лесопромышленные районы Российской Федерации.

Место проведения. Работа выполнена на кафедре Технологии и оборудования лесного комплекса ПетрГУ и в лесосырьевых базах предприятий Республики Карелия: ООО Северная ЛЗК, ЗАО Лесма, ЗАО ШуяЛес, ЗАО Лескарел, ООО Пудожский ЛПХ.

Реализация работы. Материалы работы переданы Министерству промышленности и природных ресурсов Республики Карелия, внедрены в ООО Северная ЛЗК, используются КарНИИЛПКом при прогнозировании развития лесопромышленного комплекса Республики Карелия, а так же в учебном процессе лесоинженерного факультета ПетрГУ.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на конференции ПетрГУ в 2004 г.; на второй и третьей международной научно-технической конференции Актуальные проблемы развития лесного комплекса (Вологда, 2005-2006 гг.); на четвертой всероссийской научно-технической конференции "Вузовская наука - региону" (Вологда, 2006аг); на VII международной молодежной научной конференции Севергеоэкотех (Ухта, 2006 г.); на ежегодном международном научном семинаре Advances in methods of information and communication technology (Петрозаводск, 2006 г.); на IV международной научно-практической конференции Темпы и пропорции социально-экономических процессов в регионах Севера. Лузинские чтения-2007 (Апатиты. 2007); на научно-практических семинарах КарНИИЛПКа (2005-2007 гг.); на заседаниях кафедры Технологии и оборудования лесного комплекса ПетрГУ.

Публикации. Результаты приведенных исследований опубликованы в 12 работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем работы 157 с., в т. ч. 45 рис., 67 таблиц, 13 с. приложения. Список литературы содержит 145 наименований.

Содержание работы

Во введении определена актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель исследований, основные положения, выносимые на защиту, приведена краткая характеристика работы в целом.

В первом разделе проведен анализ природно-производственных факторов влияющих на проведение лесозаготовительных работ. Исследования в области подготовительных работ и природно-производственных условий лесозаготовок велись ЦНИИМЭ, СПб ГЛТА, КарНИИЛПом (КарНИИЛПКом), Марийским ГТУ, Воронежской ГЛТА; учеными: В. А. Азаренком, Г.аМ.аАнисимовым, Ю. А. Битом, Г.аК.аВиногоровым, А.аВ.аЖуковым, А.аП.аКалашниковым, В.аМ. Котиковым, А.аН.аКочановым, В. Г. Кочегаровым, В. К. Курьяновым, А.аП.аМатвейко, В. И. Патякиным, В. С. Сюневым, А. Ф. Федоренчиком, А. М. Цыпуком, И.аР.аШегельманом, Ю. В. Шелгуновым и др.

Анализ рассмотренных работ показал, что важнейшей составляющей лесозаготовительного производства является разделения территории лесосечного фонда на зоны летнего и зимнего освоения. Однако, недостаточно внимания уделено вопросам прогнозирования влияния климата и других природно-производственных условий на выбор комплектов и режимов работ лесозаготовительных машин. Для решения этих задач необходимо применение математических методов и ГИС-технологий.

Задачи исследований:

1. Разработать математическую модель и алгоритм, позволяющие принимать решение по выбору комплектов лесозаготовительных машин и режиму их работ с учетом сезонности лесозаготовок.
2. Построить и исследовать эмпирические функции распределения по началу, окончанию и продолжительности вывозки по зимним лесовозным дорогам (на примере Республики Карелия).
3. Сформировать электронную базу данных и ГИС по природно-производственным условиям по всем лесозаготовительным районам Республики Карелия и провести их математическое описание.
4. Выполнить экспериментальные исследования технологических показателей зон летней и зимней вывозки.
5. Выполнить технико-экономическое обоснование и сформировать рациональные комплекты машин с учетом сезонности лесозаготовок.
6. Разработать рекомендации для выбора комплектов и режимов работ лесозаготовительных машин.

Во втором разделе представлена математическая модель решения задачи выбора комплекта машин, учитывающая вероятностный характер природно-климатических условий лесозаготовок и позволяющая принимать технологические решения при распределении лесосечного фонда на зоны летней и зимней вывозки. Алгоритм выбора комплекта машин представлен на рис. 1.

Рис.1. Алгоритм решения задачи выбора комплекта машин

Согласно алгоритму, на основе анализа собранных данных по природно-производственным условиям с применением ГИС-технологий определены сроки работы лесозаготовительных машин при зимней и летней заготовке. Критерием оценки комплекта машин выбран чистый дисконтированный доход (ЧДД):

(1)

( 2)

где ЧДДi - чистый дисконтированный доход i-ого комплекта машин; Тз - продолжительность зимнего сезона; ПРi - прибыль; ЗТiа - затраты на амортизацию, КВi - капитальные вложения; Т и - период и коэффициент дисконтирования; Vр.л. - объем расчетной лесосеки; - - цена реализации; Vа1 и Vа2 - объем заготовки комплектом машин, отданных и сданных в аренду; Vi - объем заготовки i-ого комплекта; А - цена аренды; Спj - попенная плата j-ой породы; ЗП - зарплата рабочим; ЕСН - единый социальный налог; Нподг и Ндр - норма затрат на подготовительные и на другие расходы; Цк и Рк - цена и норма расхода k-ого топлива; На и Нрем - норма отчислений на амортизацию и ремонт; ЗТтр.леса - затраты на транспорт леса.

Тогда, целевая функция будет иметь вид:

(3)

Ограничения модели следующие:

а) полное освоение расчетной лесосеки:

(4)

б) выбор только одного комплекта машин:

(5)

в) ограничение переменной модели:

, i N (6)

Разработанная модель (3)Ц(6) позволяет выбрать эффективный комплект машин в зависимости от режима его работы.

В третьем разделе описана методика определения режима работы лесозаготовительных машин, основанная на оценке вероятности дат начала, окончания и количества дней вывозки по зимним лесовозным дорогам. Построены математические модели, описывающие природно-производственные факторы, влияющие на лесозаготовительные работы (температура воздуха, высота снежного покрова, глубина промерзания грунта, продолжительность светового дня, осадки и др.), которые дополняют дорожно-климатические графики. Получены регрессионные зависимости по температурному режиму и по высоте снежного покрова для всех районов Республики Карелия (некоторые из них приведены ниже в табл. 1)

Таблица 1

Математическое описание природно-производственных

факторов по районам Республики Карелия

На примере Сегежского района построены оценки математического ожидания и дисперсии среднесуточной температуры (рис. 2) и высоты снежного покрова для каждой декады месяца за 35 лет.

Рис. 2. Изменение среднесуточных температур в Сегежском районе Республики Карелия за 35 лет