Выбор состава и расчет численности комплекта машин

Введение

 

Лесозаготовительная промышленность относится к важнейшим добывающим отраслям народного хозяйства. Основная продукция лесозаготовительных  предприятий – круглые лесоматериалы, а также некоторые виды изделий  их переработки (шпалы, доски, черновые заготовки, технологическая щепа и  др.)

Получение готовой лесопродукции  связано с выполнением определенного  технологического процесса лесозаготовок, включающего лесосечные работы, транспортировку  лесоматериалов и лесоскладские  работы. Технологический процесс  лесозаготовительного предприятия  весьма сложен и протекает в разнообразных  условиях, что вызывает необходимость  создания специального оборудования для  заготовки и транспортировки  лесоматериалов, а также для их обработки.

Основной целью лесной промышленности является внедрение  прогрессивных технических и  технологических решений, обеспечивающих максимальное повышение производительности труда и создание условий для  рационального использования всей биомассы дерева при минимальном  воздействии машин на лесную среду.

Лесосечные работы на лесозаготовительных  предприятиях выполняются по различным  технологическим схемам и различными типами и составами машин. Полное использование производительных  возможностей машин в значительной степени обуславливается соответствием  их конструктивных особенностей  и  параметров организации работы, конкретным производственным условиям.

Это соответствие достигается  в процессе технологических расчетов с определением оптимальной численности  машин, времени их работы, межоперационных  запасов древесины, а также технико-экономических  показателей комплектов машин.

Но опыт работы лесосечных машин показал, что подобрать  численность машин так, чтобы  их производительность на всех операциях  была одинаковой, практически невозможно. Общий объем выработки комплекта  зачастую бывает равен минимальному объему выработки машин на одной  из операций, составляющих комплект. Требуется  так организовать процесс, чтобы  общий объем выработки  всего  комплекта машин был бы равен  или близок к максимальному объему выработки машин на одной из операций. Данное условие реализуется с  учетом пополнения и выработки объемов  запасов, необходимых в конкретных производственных условиях и поддержания  их на требуемом уровне путем маневрирования численностью или сменностью работы машин на отдельных операциях.

Целью данной работы является формирование комплекта машин, составление  и описание его графической модели и определение основных расчетных параметров комплектов лесосечных машин, составление графических моделей и углублению знаний математических моделей режимов работы машин, математическому моделированию экологически безопасных режимов работы лесосечных машин, составлению и описанию блок-схемы алгоритма, моделирующего работу лесосечных машин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Исходные данные

 

Комплект машин: МЛ-20+МПТ-30-4+круглопильный  станок;

Средний запас на га  – 160 м³/га;

Средний объем хлыста – 0,22 м³;

Среднее расстояние трелевки – 150 м;

Планируемый месяц работы – июнь;

Годовой объем производства – Q_лик=100000 м³;

Число дней работы – А=240 дней.

В данной расчетно-графической  работе в состав комплекта лесосечных машин входят  машины такие как  МЛ-20 - валочно-сучкорезно-раскряжевочная машина предназначенная для заготовки сортиментов при рубках главного пользования с соблюдением требований в средних и крупных насаждениях с преобладанием хвойных пород в районах с равнинным рельефом местности с уклоном до 8^о, на грунтах с несущей способностью не менее 0,1 МПа, при высоте снежного покрова до 0,5 м. Она рассчитана на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха от +40 ^оС до -40 ^оС.

Машина МЛ-20 выполняет  операции по срезанию дерева, очистке  его от сучьев и раскряжевке на сортименты при вертикальной подаче ствола со средним диаметром до 700 и диаметром в зоне срезания до 800 мм.

МПТ-30-4 - погрузочно-транспортная лесная машина. Она предназначена для осуществления погрузки, разгрузки и транспортировки сортимента к местам складирования, лесовозным дорогам, погрузочным площадкам.

Круглопильные станки (устаревшее название: стационарная циркулярная пила) — станок, предназначенный для продольной и поперечной распиловки, а также распиловки под углом, древесины и других материалов. Режущим инструментом в данном станке является круглая пила. Круглопильные станки получили в лесопилении широкое распространение. Они используются преимущественно для распиловки тонкомерного сырья.

Основное преимущество круглопильных  станков по сравнению с другим бревнопильным оборудованием заключается  в простоте конструкции, сравнительно небольшой стоимости и высокой  производительности. Энергоемкость  распиловки на круглопильном станке ниже, чем на станках другой конструкции.

 

 

2 Выбор состава и расчет  численности комплекта машин

 

Рассматриваемый состав комплекта  машин представляет собой укрупненную  комплексную бригаду, т.е. она работает на базе многооперационных машин. Она  выполняет весь комплекс лесосечных работ.

Объем сменного задания по заготовке устанавливается исходя из годового объема производства на расчетный  год, числа рабочих дней в году и является исходным для дальнейших расчетов. Сменное задание по заготовке  определяется по формуле:

,

где Q_ликв – годовое производственное задание, Q_ликв = 100000 м³;

       А –  число рабочих дней в году  на заготовке, А = 240 дней;

       k – число смен работы в сутки, k =1.

       Тогда

 м³.

С целью наибольшей загрузки комплекта машин в качестве ведущей  машины будем считать машину с  наибольшей производительностью –  валочно-пакетирующую машину. Тогда  потребное их число составит:

,

где Н_пл – плановая выработка ведущей машины, Н_пл = 147 м³.

      Тогда

.

Принимаем N_р = 3 (3 бригады).

Расчетная норма на бригаду:

 м³.

Расчетная норма не должна превышать плановую более чем  на 20%,

H_р≤1,2Н_пл,

138,89≤151,2.

Таблица 1 – Примерный  расчет состава укрупненной бригады

Наименование выполняемых операций	Название применяемой  машины	Сменное задание на машину, м3	Задание на бригаду, м3	Принимаемое число машин	Число смен работы в Сутки	Норма времени, чел/час	Количество чел/дней или  рабочих по норме	Принимаемое число рабочих
Валка	МЛ-20	126	138,89	1	1	0,056	1,1	1
Трелевка	МПТ-30-4	46	138,89	3	1	0,152	3,02	3
Распиловка	Круглопильный станок	15	138,89	4	2	0,47	9,3	16

 

Количество чел/дней или  рабочих по норме определяется по следующей формуле:

,

где Н_бр – задание на бригаду, Н_бр = 138,89 м³;

 Н_вр – норма времени в чел/час на м³;

 П – продолжительность  рабочего дня в часах, П = 7 часов.

 Тогда для операции:

 Валка    ;

трелевка    ;

обрезка сучьев   .

Рисунок 1 – Графическая  модель комплекта машин: В – валка деревьев; Тр – трелевка древесины;  Р – распиловка; З – запас.

 

 

3 Определение величины оперативных запасов

 

Анализ работы лесосечных машин показывает, что подобрать  численность машин, так чтобы  их производительность была одинаковой на всех операциях практически невозможно. Для того чтобы общий объем  выработки всего комплекта машин  был близок или равен максимальному  объему выработки машин на одной  из операций. Поэтому возникает необходимость  подключения дополнительных машин, а также создания запасов для  обеспечения нормальной работы всех машин комплекта.

 

 

 

Таблица 2 - Объем выработки машин и оборудования

Операция	Марка оборудования		Объем выработки машин  и оборудования, м3
	Основ.	Доп.	Qi	Qdi	Qid	Qi max
Валка	МЛ-20	МП-5	126	53	179	138
Трелевка	МПТ-30-4	ТТ-4	138	86	224
Продольная распиловка	Круглопильный станок	Круглопильный станок	120	30	150

 

 

Объем выработки машин  на i - й операции:

,

где П_i – сменная ппроизводительность i - й машины, м^3/смену;

n_i – число машин на i – й операции;

k_i – количество смен работы на i – й операции.

Тогда для операций:

Валка - трелевка

 м³ ;

 м³=Q_max.;

После подключения дополнительных машин объем пополнения запасов  увеличится до Q_i^D.

,

где Q_i – объем выработки основной машины, м³,

       Q_iD – объем выработки дополнительно подключенной машины, м³.

Тогда подключаем на валке МП-5 «Урал» (Q=53 м³);

м³

Запасы объектов труда  предупреждают простои МО (межоперационные  запасы) на следующей операции, когда  МО на предыдущей простаивает. Поскольку  эти запасы только предупреждают (страхуют) бесперебойную работу МО, то правомерно называть их страховыми, а их объем  можно определить по формуле:

,

где Z_ТЛ - уровень технологических запасов, м³;

Z_ТН - уровень технологических запасов, м³.

, м³

, м³

, м³

Объем гарантийных запасов, можно рассчитать по формуле:

 

Тогда для операций:

трелевка - распиловка

 м³=Q_max.;

 м³.

После подключения дополнительных машин объем пополнения запасов  увеличится до Q_i^D.

,

где Q_s – объем выработки основной машины, м³,

       Q_sD – объем выработки дополнительно подключенной машины, м³.

Тогда подключаем круглопильный станок (Q=15 м³);

м³

, м³

Объем гарантийных запасов, можно рассчитать по формуле:

 

Таблица 3 – Результаты расчетов режимов работы машин

Операция	Марка машины	Сменная производительность, м3	количество		Объем выработки Qi, м3	Запас, м3		Число дней работы машин
								t1	t2	t3	Tп
			машин	смен
						Страховой	Гарантийный
Валка	МЛ-20	126	1	1	126	229	380,618	2,79	13,13	3,84	19,96
Трелевка	МПТ-30-4	46	3	1	138
						120	237,65	0,87	6,54	12,45	19,96
Распиловка	Круглопильный станок	15	4	2	120

 

 

 

4 Графики пополнения и выработки запасов

Ниже  представлены графики пополнения и  выработки запасов для первого  месяца разработки лесосеки.

Рисунок 2 – График пополнения и выработки запасов между операциями валка-трелевка

 

Рисунок 3 – График пополнения и выработки запасов между операциями обрезка сучьев и погрузка

5 Определение снижения вредного воздействия отработавших газов на окружающую среду

 

Анализ организации работы лесосечных машин с подключением дополнительных механизмов с целью  увеличения объемов выработки комплектов машин показал, что за счет маневрирования численностью или сменностью работы машин достигается выравнивание объемов выработки машин на отдельных  операциях и как следствие  увеличение выработки комплекта  машин до максимально возможного, а также уменьшение продолжительности  разработки лесосеки.

Следовательно данная организация  работы лесосечных машин приводит к  сопряжению числа дней разработки каждой отдельной лесосеки и как результат  снижение вредного воздействия машин  на био - и экосистемы лесного массива.

 

Таблица 4 – Количество и  параметры машин и оборудования

Марка машин или оборудования	Количество	Количество смен работы	Мощность двигателя, кВт
Основные машины
МЛ-20	1	1	95,8
МПТ-30-4	3	1	60
Круглопильный станок	4	2	60
Дополнительные машины
МП-5	1	1	3,7
ТТ-4	1	1	96
Круглопильный станок	1	1	60

 

 

Число дней разработки лесосеки при условии минимальной выработки  комплекта определяется по формуле:

Число дней разработки лесосеки при условии максимальной выработки  комплекта определяется по формуле:

Рассчитаем число дней, на которое сокращается время  разработки лесосек

Определяем объем отработанных вредных веществ для основного  комплекта машин при условии минимальной выработки:.

где g_ij – удельный объем выбросов, м³;

Ne_ij –мощность двигателя, кВт;

n_ij – количество j – того типа машин на i – той операции, шт.;

Д_р – число рабочих дней;

Т_СМ – продолжительность смены, час.;

K_ij – коэффициент сменности.

Определяем объем окиси углерода СО:

Определяем объем окиси азота NO₂:

Определяем объем углеводородов СH:

 Определяем объем диоксида серы SO₂:

 Определяем объем сажи С:

Определяем объем отработанных вредных веществ, для основного  комплекта машин при условии  максимальной выработки:

Определяем объем окиси углерода СО:

Определяем объем окиси азота NO₂:

Определяем объем углеводородов СH:

 Определяем объем диоксида серы SO₂:

 Определяем объем сажи С:

Объем снижения вредных выбросов для основного комплекта машин:

1

Объем снижения вредных выбросов для дополнительных машин:

,

где N_i^D – мощность двигателя дополнительной i – й машины, кВт;

n_i^D – число i – х дополнительных машин;

Д_i^D - число дней работы дополнительных i – х машин;

Т_СМ – продолжительность смены, Т_СМ = 7 часов,

К_i^D – коэффициент сменности работы дополнительных машин.

Тогда объем снижения вредных  выбросов дополнительных машин:

 дней;

 дней.

Объем дополнительных вредных  выбросов в атмосферу  будет равен:

   

Абсолютное снижение объема вредных выбросов в атмосферу:

Размещение площадей лесных почв, сохраненных от разрушения, будет  зависеть от количества дней, на которое  уменьшится время разработки лесосеки, дневного объема выработки и среднего запаса на га:

где Q_мах – максимальный объем выработки комплекта;

D_эв – число дней экономии времени;

q_ср – средний запас на га, м³/га;

k₁ – коэффициент использования сэкономленного времени, k₁=0,1-1.

Вычислим S_ЛП для двух случаев, когда k₁ = 0,1, k₁ = 1:

При разработки летних лесосек  есть возможность компенсировать возможные  простои из за затянувшихся дождей, обеспечивая, соответственно, увеличение выработки машин на каждую операцию в отдельном комплекте машин. Такая организация работ позволяет  эксплуатировать машины в более  сухой период, что снижает вредные  воздействия на почвенный покров.

Зависимость величины объема вредных выбросов в атмосферу  от ликвидного объема покажем графически на рисунке 4. При этом варьируем  значением ликвидного объема.

Рисунок 4 - Зависимость величины объема вредных выбросов в атмосферу  от ликвидного объема

 

 

 

 

6 Разработка и описание блок-схемы алгоритма

 

Использование ЭВМ значительно  облегчает работу по расчетам. Для  этого достаточно произвести моделирование  работы машин, опираясь на математическую модель расчетов. На рисунке 4 представлена блок-схема алгоритма расчета  режим работы лесосечных машин для  первого месяца разработки лесосеки.

 

Рисунок 5 – Блок-схема алгоритма оперативного планирования лесосечных работ

 

Содержание алгоритма  следующее: блок 1 формирует пакет исходных данных, а также устанавливает число операций (N) без вывозки и первый вид имитации (К=1). Блок 2 формирует объемы поступления древесины в запас от основных и дополнительных машин. Блок 3 определяет максимальный и минимальный объемы на операциях. Блок 4 устанавливает начальное значение номера операции (i=1). С блока 4 управление передается на блок 5, в котором определяется производительность на первой операции больше, чем на второй. Если да, то управление передается на блок 6, иначе -на блок 10. В блоке 6 проверяется - первая операция имеет максимальную выработку? Если да, то управление передается на блок 7, если нет, то на блок 10. В блоке 7 определяются технологический (Q_т) и предельный (Q_п) объемы запаса древесины с учетом максимальной выработки комплекта машин (Q_max).

Рассчитывается время:

предварительной работы i- той операции для создания оперативного запаса (t₁);

работы основных машин  без подключения дополнительных (t₂);

работы дополнительного  оборудования (t₃).

Расчеты в блоке 7 проводятся на основании формул, полученных в  пунктах 3.2-3.4 с учетом периода работы (первый, промежуточный или последний  месяц) и в зависимости от случаев (Q_i< Q_s) и (Q_i> Q_s).

В блоке 10 проверяется - рассматривается  первая пара операций? Если да, то управление передается на блок 12, если нет, то на блок 11. В блоке 11 проверяется - вторая операция имеет максимальную выработку? Если да, то управление передается на блок 12, если нет - то на блок 7. Блок 12 работает аналогично блоку 7, но расчеты ведутся для случая (Q_i< Q_s).

С блоков 7 и 12 управление передается на блок 8, где определяется «Рассчитывалась ли последняя операция»

Если операция не последняя, то номер операции увеличивается (i=i+1) (блок 9) и управление передается на блок 5. Если блок 8 определил, что рассчитывалась последняя операция, то управление передается блоку 13, для определения объемов древесины, выработанных только основными, только дополнительными и совместно, а также - ежедневно необходимое количество транспортных средств для ее вывозки в первый, промежуточный и последний периоды разработки лесосеки.

С блока 13 управление передается блоку 14. Этот блок определяет, какой  вид имитации производился, т.е. для  обеспечения максимальной выработки  комплекта машин проводилось  ли подключение дополнительных машин   (К=1) или максимальная выработка  комплекта обеспечивалась увеличением  числа смен основного оборудования (К=2).  Если производился первый вид  имитации, то управление передается блокам 15, 16.  В этих блоках  осуществляется переход ко второму виду имитации (К=К+1) (блок 15) путем установления объемов выработки дополнительных машин, равных объемам выработки основного оборудования (блок 16), т.е.   Q_iD=Q_i. Затем с блока 16 управление передается блоку 4, а после - блокам 5-13 (смотри выше) для расчета основных параметров (для второго вида имитации t₃ будет обозначать число смен, которое необходимо дополнительно отработать основному оборудованию).

Если блок 14 определил, что  производился второй вид имитации (К=2), то управление передается блоку 17 для  печати результатов расчета.

 

     

Заключение

 

В ходе выполнения данной работы были произведены расчеты режимов  работы лесосечных машин для первого  месяца разработки лесосеки с учетом подключения дополнительных машин  на отстающих операциях, определено вредное воздействие отработавших газов на окружающую среду, составлена блок-схема алгоритма для расчета  на ЭВМ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

 1 Заикин, А. Н. Моделирование и организация производственных процессов в лесном комплексе.:/ Методические указания к выполнению расчетно-графической работы. [Текст] Брянск: БГИТА, 2004.-12с.

2 Заикин А. Н. Технология  лесозаготовок (Часть 1).:/Учебное  пособие. [Текст] -Брянск: БГИТА, 2001,-80 с.

3 Жаденов В. С. Технология  лесозаготовок.:/  Учебное пособие  по курсовому проектированию  для студентов специальностей  лесного комплекса. .[Текст]/ В.С.Жаденов, А.И. Заикин, Ю.В.Шелгунов;— Брянск.: БГИТА, 2002.-94с.