Некоторые вопросы освоения биоресурсов из леса для нужд биоэнергетики

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

В начале навигации при затоплении плотбища до необходимых уровней БПК всплывает и транспортируется потребителю за тягой буксировщика. Может осуществляться буксировка как отдельных БПК, так и составов из них, а также доставка их в составе пучковых плотов.

Выгрузка БПК из воды в пункте приплава может осуществляться различными способами в зависимости от их веса и применяемого выгрузочного оборудования. БПК весом до 20-30 т могут выгружаться с помощью портальных и плавучих кранов. БПК емкостью в сотни кубометров целесообразно выгружать на берег методом обсушки, т.е. заводить его в период стояния высоких уровней воды на специально подготовленную грузовую площадку, с которой вода уходит после окончания половодья. Опорожнение измельченной древесины из БПК может производиться также с помощью пневмо- и гидротранспортных установок.

По описанной технологии были изготовлены три опытных образца БПК: один на

базе Щелковского учебно-опытного лесхоза и два в производственных условиях Жешартско-го фанерного комбината (Республика Коми, река Вычегда). Опыты показали техническую возможность изготовления большегрузных плавучих контейнеров и их транспортировки по судоходным и временно судоходным рекам. Предельная дальность транспортировки определяется экономическими соображениями, а также способностью контейнера сохранять свои транспортные качества (прежде всего плавучесть и остойчивость) и качество перевозимого груза

Библиографический список

1. Патякин, В.И. Водный транспорт леса: учебник для вузов / В.И. Патякин, Ю.А. Дмитриев, А.А. Зайцев. - М.: Лесная пром-сть, 1985. - 336 с.

2. Комяков, А.Н. Сплав щепы в эластичных контейнерах / А.Н. Комяков // Лесная промышленность. - 1985. - № 6. - С. 25-26.

3. Карпачев, С.П. Транспорт щепы по воде в мягких плавучих контейнерах: обзорная информация / С.П. Карпачев, А.Н. Комяков. - М.: ВНИПИЭИ-леспром, 1986. - 36 с.

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ОСВОЕНИЯ БИОРЕСУРСОВ

из леса для нужд биоэнергетики

Е.Н. ЩЕРБАКОВ, доц. проректор по УМО МГУЛ, канд. техн. наук,

С.П. КАРПАЧЕВ, проф. каф. транспорта леса МГУЛ, д-р техн. наук,

А.Н. КОМЯКОВ, доц. каф. транспорта леса МГУЛ, канд. техн. наук

В статье [1] предложена технологическая схема освоения биоресурсов из леса для биоэнергетики в мягких контейнерах. В предложенной технологии определяющей машиной при операциях в лесу является руби-тельная машина. Она не должна простаивать. Простои рубительной машины возможны из-за потери времени на установку контейнеров под загрузку и их упаковку после загрузки. Для исключения простоев между рубительной машиной и контейнером установлен бункер щепы.

Детально узел работы рубительной машины с контейнерами и промежуточным бункером щепы представлен на рис. 1.

Представим математическую модель узла работы рубительной машины с контейнерами и промежуточным бункером щепы.

akomyakov@mail.ru Пусть за смену рубительная машина перерабатывает n деревьев (лесосечных отходов, топляков). В результате получается некоторый объем щепы Qщ

= Гт1 => П = 'ТиЪер.а

/=1 ;=1

где n - число деревьев, переработанных рубительной машиной за смену;

Т - продолжительность смены,с; qdep t - объем i-ого дерева, захваченного манипулятором из штабеля, м3; h - коэффициент использования машины;

t - продолжительность цикла работы рубительной машины на обработке i-ого дерева, с:

*0l=Tu+*2/+T3/+T4i+T5i,

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

107

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

Рис. 1. Узел переработки древесной массы на топливную щепу и загрузки ее в контейнеры через промежуточный бункер

t . - время цикла наведения манипулятора на i-ое дерево, с;

t2i - время захвата i-ого дерева из штабеля, с;

t -время подачи i-ого дерева к рубитель-ной машине, с;

t4i -время измельчения i-ого дерева руби-тельной машиной, с;

t5i - время возврата манипулятора в исходное состояние, с.

т„=^*±,

ft

где qT -скорость рубки дерева на щепу, м3/с.

Пусть за смену загружают и упаковывают m контейнеров. В результате получается некоторый объем щепы, загруженной в контейнер Q

г ^кон

т т

VZT о; = Т-Л => п = X ft™,/,

j=i J=i

где m - число загруженных щепой и упакованных за смену контейнеров, шт.;

Т - продолжительность смены, с;

q кон. - объем j-го контейнера, м3;

h - коэффициент использования времени смены;

t - продолжительность цикла упаковки

j-ого контейнера, с;

Т0j =^1 j ^2] +1:зр

tj - время установка j -ого контейнера под загрузку, с;

t. - время загрузки j -ого контейнера, с; t - время упаковки j-ого контейнера, с.

Разрабатывая технологию загрузки контейнеров щепой от рубительной машины, необходимо стремиться к выполнению условия

n m

4dep.i ЯkohJ.

i=l j=1

Условие (6) на практике может не выполняться. Объем переработанных на щепу деревьев может быть больше объема щепы, загруженной в контейнер

n m

i=1 М

Из-за неравномерности загрузки некоторый объем щепы может накапливаться в бункере

где q

к

4dep.i ЧбунЛ Q-KOH.j,

i=1 i=1 7=1

. - объем бункера при измельчении i -ого дерева и заполнении j-го контейнера, м3.

108

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

Максимальный объем бункера а,

J г 1бунк.тах

должен быть таким, чтобы выполнялось условие

ЧбунЛ — Ябунк.max-

/-1

Если объем бункера будет недостаточным, то рубительную машину придется периодически останавливать.

Работу рубительной машины и заполнение контейнеров удобно представить в виде Q - схемы.

Будем считать деревья (лесосечные отходы, топляки) заявками на обслуживание.

Эти заявки будем называть заявками первого уровня, которые поступают от источника И. Каждой заявке назначается атрибут, который идентифицируется с объемом дерева q Объем дерева qdp является случайным числом. Поступившая на обслуживающий прибор (в рубительную машину) заявка первого уровня воздействует на клапан Кя} и перекрывает вход в прибор другим заявкам, ставит их в очередь. Поступившая в прибор заявка обслуживается в канале К Длительность обслуживания заявки первого уровня определяется по формуле (1). После обслуживания заявка первого уровня расщепляется на заявки второго уровня. Заявки второго уровня - это заявки, которым назначается атрибут А2 идентифицируемый с некоторым минимальными объемами щепы, полученными после измельчения дерева. Минимальные объемы щепы q . назначаются из условия

возможности манипуляции ими при загрузке контейнеров через дозатор бункера. Число заявок второго уровня п2 определяется в зависимости от значения атрибута заявки первого уровня (объема дерева) по формуле

^ щепы.тт.

где q - значение атрибута заявки 1-ого уров-

ня (объем дерева), м3; q - значение атрибута заявки 2-ого

1 щепы.тт г J

уровня (минимальный объем щепы),

м3.

Заявки второго уровня попадают в накопительное устройство Н} (бункер щепы) и становятся в очередь к обслуживающему прибору (щепа накапливается в бункере и

ждет открытия дозатора). Очередь накопителя Н: ограничена некоторым максимальным объемом q, . Поступающие в очередь за-

явки второго уровня имеют атрибуты А которые хранят значения их объемов q . Эти значения суммируются при поступлении заявок в очередь. В накопитель Н: поступает максимальное число заявок, но при этом не допускается его переполнения очереди по объему

п2

7=1

— Q

4.J — Ч,

конт.max.-

Последняя заявка воздействует на клапан Кл2 и перекрывает вход заявкам второго уровня в очередь накопителя Н

Если клапан Кл3 открыт, то заявки второго уровня попадают на обслуживающий прибор (дозатор), где обслуживаются в канале К2. Длительность обслуживания заявки второго уровня определяется по формуле (4). После обслуживания заявки второго уровня попадают в накопительное устройство Н2 (контейнер). Накопитель имеет ограничение на прием заявок второго уровня по максимальному объему q . Поступающие в очередь заявки второго уровня имеют атрибуты А2, которые хранят значения их объемов q . Эти значения суммируются при поступлении заявок в накопитель Н В накопитель Н2 должно поступить максимальное число заявок, но при этом не допускается его переполнения по объему

п2

Я. щепы.тт л

уунк.тах.

i=i

Последняя заявка воздействует на клапан Кл3 и перекрывает вход заявкам второго уровня в очередь накопителя Н

Заявки второго уровня, накопленные в накопителе Н2 .образуют ансамбль, который формирует заявку третьего уровня (заполненный щепой контейнер). Заявка третьего уровня имеют атрибут А который идентифицируется с объемом контейнера и является случайным числом. После обслуживания в канале К2 заявка покидают систему.

Концептуальная модель узла работы рубительной машины с контейнерами и промежуточным бункером щепы представлена на рис. 2.

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 4/2010

109

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

Рис. 2. Концептуальная модель узла работы рубительной машины с контейнерами и промежуточным бункером щепы

Таблица

Результаты дисперсионного анализа

Alias Effect Sum of Degrees of F - for Only Critical Value of F

Group Squares Freedom Main Effects

T rub 148,951 88745,705 1 60,507 4,96

T upak 80,503 25923,100 1 17,675 4,96

41,362 6843,246 1 4,666 4,96

19,840 1574,537 1 1,074 4,96

V—derevo -1,577 9,950 1 0,007 4,96

Error 14666,932 10

Total 137763,469 15

Grand Mean 230,718

Особенности работы технологического узла как поток заявок на обслуживание:

- заявки первого уровня - деревья, лесосечные отходы и пр.;

- заявки второго уровня - минимальный объем щепы, доступный для манипуляции в технологическом процессе;

- заявки третьего уровня - объем контейнеров со щепой.

Концептуальная модель узла работы рубительной машины с контейнерами и промежуточным бункером щепы была реализована в виде компьютерной программы на языке GPSS/W. Компьютерная модель была использована в экспериментах.

Отсеивающий эксперимент (дисперсионный анализ) проводился с целью установления значимости различных факторов на производительность технологического узла производства щепы и упаковки контейнеров.

Анализируемые факторы и уровни их варьирования в экспериментах были приняты следующими:

1. Среднее время цикла переработки 0,01 м3 древесины на щепу -T_rub = 0,5 - 5с.

2. Среднее время цикла на установку контейнера под загрузку - T_upak = 0 - 60с.

3. Объем бункера - V , , = 0 - 1 м3.

4. Объем контейнера - V_kont = 20 -

- 1 м3.

5. Объем дерева - V , = 2 - 0,5 м3.

Результаты отсеивающего эксперимента представлены в таблице.

Из таблицы следует, что объем дерева (фактор V_derevo) не влияет на производительность узла. Наиболее значимыми факторами являются среднее время цикла переработки древесины на щепу (фактор T_rub) и среднее время цикла на установку контейнера под загрузку (фактор T_upak).

С учетом результатов отсеивающего эксперимента была составлена матрица эксперимента, цель которого получить уравнение регрессии, связывающее производительность узла с четырьмя факторами. В основу был положен В-план 2-го порядка.

110

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010