математическое моделирование ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОСАДКИ СЕЯНЦЕВ С ЗАКРЫТОЙ КОРНЕВОЙ СИСТЕМОЙ НА ЛЕСОКУЛЬТУРНЫХ ПЛОЩАДЯХ

 

MATHEMATICAL MODELING OF PROCESS PLANTING SEEDLINGS WITH CLOSED ROOT SYSTEM ON SILVICULTURAL AREA

 

Ефремцев А.В., Онучин Е.М. (МарГТУ, г.Йошкар-Ола, РФ)

Efremtsev A.V., Onuchin E.M. (Mari State Technical University)

 

Представлена проблема создания лесных культур. Показаны особенности технологического процесса посадки сеянцев с закрытой корневой системой. Особое внимание уделено методам математического моделирования этого процесса.

There is given the question of creation forest plantations. There are shown features of the technological process of planting seedlings with closed root system. Special attention is paid to the methods of mathematical modeling this process.

 

Ключевые слова: лесные культуры, сеянцы с закрытой корневой системой, процесс посадки, лесокультурные площади, математическое моделирование.

Keywords: silviculture, seedlings with closed root system, process planting, silvicultural area, mathematical modeling.

 

Описание технологического процесса посадки сеянцев с закрытой корневой системой

Технология создания лесных культур, предполагающая использование посадочного материала с закрытой корневой системой, во многом определяется как категорией лесокультурной площади, так и природно-производственными условиями. Достаточно полно с лесоводственно-экологической точки зрения природно-производственные условия характеризуются типом лесорастительных условий (ТЛРУ). С другой стороны природно-производственные условия определяются целевым назначением создаваемых лесных культур. При этом значимо существенными для операции посадки сеянцев с использованием предложенной лесопосадочной машины являются следующие параметры и характеристики технологии создания лесных культур: категория лесокультурной площади, тип создаваемых лесных культур (чистые или смешанные), параметры посадки (рядами или группами (куртинами), густота высаживаемых растений и расстояния между ними).

С учётом вышеприведённых особенностей технологический процесс посадки сеянцев с закрытой корневой системой может быть реализован следующими способами:

1) прямолинейное или криволинейное непрерывное равномерное движение машинно-тракторного агрегата, в процессе которого лесопосадочная машина соответственно прямолинейными или криволинейными рядами в соответствии с технологической картой осуществляет посадку сеянцев;

2) посадка группами (куртинами) предполагает подъезд машинно-тракторного агрегата к месту формирования группы растений, после чего агрегат останавливается и лесопосадочная машина производит высадку сеянцев в соответствии с требованиями технологической карты.

Первый способ работы машинно-тракторного агрегата целесообразно использовать при создании лесных культур на площадях, не покрытых лесом, относящихся к классификационным категориям «а» и «б» лесокультурных площадей. При этом не площадях категории «а», как правило, возможно прямолинейное движение агрегата и наиболее эффективным способом повышения его производительности является увеличение количества агрегатированных высаживающих модулей. На площадях категории «б» имеющиеся преграды в виде деревьев и высоких пней накладывают определённое ограничение на увеличение ширины машинно-тракторного агрегата и соответственно на число агрегатируемых высаживающих модулей. В этом случае рост производительности работы агрегата возможет главным образом за счёт увеличения его рабочей скорости.

Второй способ работы машинно-тракторного агрегата эффективен при создании лесных культур на покрытых лесом землях (подпологовые и предварительные культуры), а также на категории «в» лесокультурных площадей.

Одним из важнейших технологических параметров лесопосадочной машины является рабочая зона гибкого манипулятора, который в зависимости от способа работы машинно-тракторного агрегата и типа создаваемых лесных культур может выполнять достаточно разнообразные функции.

В самом простом случае при создании чистых лесных культур на площадях категорий «а» или «б» при работе машинно-тракторного агрегата первым способом задачей гибкого манипулятора является только формирование за счёт своей гибкости устойчивой связи между неподвижной лункой и равномерно движущимся постоянно в одном и том же ряду агрегатом (при этом линия ряда может быть как параллельной, так и не параллельной линии горизонтальной проекции гибкого манипулятора). В данном случае рабочая зона гибкого манипулятора должна быть не меньше расстояния между высаживаемыми сеянцами в ряду (с учётом возможности вышеотмеченной непараллельности линий ряда и горизонтальной проекции гибкого манипулятора).

Более сложным является случай создания смешанных культур по технологии предусматривающей не только межрядовое, но и внутрирядовое смешивание. В этом случае целесообразна загрузка высаживающих модулей лесопосадочной машины сеянцами различных пород деревьев, что предъявляет требование к рабочей зоне гибкого манипулятора в возможности высадки сеянцев в несколько рядов.

При работе машинно-тракторного агрегата вторым способом как размеры создаваемых куртин, так и производительность, главным образом определяются рабочей зоной гибких манипуляторов высаживающих модулей лесопосадочной машины.

Таким образом, важнейшей технологической характеристикой, определяющей как технологические возможности лесопосадочной машины при работе на различных категориях лесокультурных площадей и при создании различных типов лесных культур, так и показатели эффективности выполнения технологического процесса посадки сеянцев является рабочая зона гибкого манипулятора высаживающего модуля, которая, в свою очередь, напрямую зависит от таких параметров как длина, сжимаемость и гибкость гибкого манипулятора. В этой связи необходимо математическое моделирование работы машинно-тракторного агрегата для выявления качественных и количественных зависимостей между показателями эффективности технологического процесса посадки сеянцев при создании разных типов лесных культур и размером рабочей зоны гибкого манипулятора высаживающей секции, а также другими параметрами, характеризующих работу машинно-тракторного агрегата.

 

Обоснование подходов и методов математического моделирования

Так как технологический процесс посадки сеянцев характеризуется многообразием условий его выполнения, то для его математического моделирования целесообразно применение как аналитических, так и имитационных методов, в том числе с привлечением эмпирических данных.

В качестве критериев эффективности выполнения технологического процесса посадки сеянцев целесообразно использование показателей производительности и энергоёмкости процесса. Производительность посадки сеянцев может быть выражена в количестве засаженных гектаров за единицу времени, а энергоёмкость – в затратах энергии на посадку одного гектара. Указанные критерии являются общепринятыми при проектировании технологических процессов и машин для посадки сеянцев и саженцев, однако их использование несколько осложняется сильной зависимостью данных показателей как от категории лесокультурной площади и типа лесорастительных условий, так и от типа создаваемых лесных культур.

В ходе математического моделирования необходимо дать описание количественных взаимосвязей, характеризующих следующие составляющие действий, выполняемых лесопосадочным машинно-тракторным агрегатом в технологическом процессе посадки сеянцев:

1) движение машинно-тракторного агрегата по лесокультурной площади;

2) прокладка трассы (траектории) движение машинно-тракторного агрегата с учётом имеющихся препятствий;

3) определение мест расположения куртин;

4) работа гибких манипуляторов высаживающих модулей лесопосадочной машины.

Данные процессы характеризуются сильным взаимодействием с природной средой лесокультурной площади, которая по своим характеристикам носит ярко выраженный нерегулярный стохастический характер, что и обуславливает целесообразность применения методов имитационного моделирования.

Основными стохастическими параметрами, имеющими первоочередное значение для целей моделирования, являются эффективное сопротивление движению агрегата по лесокультурной площади, количество и расположение деревьев, высоких пней, валунов и других непреодолимых препятствий на лесокультурной площади.

В ходе моделирования работы машинно-тракторного агрегата, в частности при моделировании процессов прокладки трассы движения агрегата при наличии на лесокультурной площади разного рода непреодолимых препятствий (деревьев, высоких пней, валунов и прочее) и определении мест расположения куртин, требуется моделирование решений, принимаемых оператором лесопосадочного агрегата, что целесообразно реализовать с использованием методов поиска решений в пространстве состояний.

Вывод: Использование обозначенных методов и подходов позволит разработать математическую модель, устанавливающую качественные и количественные взаимосвязи между показателями эффективности технологического процесса посадки сеянцев (производительности и энергоёмкости) при создании разных типов лесных культур и размером рабочей зоны гибкого манипулятора высаживающей секции, а также другими параметрами, характеризующими работу машинно-тракторного агрегата.

Список использованных источников

  1. Александров, В.А. Моделирование технологических процессов лесных машин [Текст]: Учебник для вузов.– М.: Экология, 1995. – 256 с.
  2. Алябьев, В.И. Математическое моделирование и оптимизация производственных процессов на лесозаготовках [Текст]: Учеб. пособие / В.И.Алябьев. – М.: МЛТИ, 1982. – 67 с.
  3. Анисимов, Г.М. Лесные машины [Текст]: Учеб. пособие / Г.М.Анисимов, С.Г.Жендаев, А.В.Жуков и др. – М.: Лесн. пром-сть, 1989. – 512 с.
  4. Онучин, Е.М. Анализ возможности применения тракторов МТЗ в качестве тягово-энергетических модулей лесных машин [Текст]: Е.М.Онучин // Труды Марийск. гос. техн. ун-та. Вып. 9. – Йошкар-Ола, 2001. – С. 334-335.
  5. Онучин, Е.М. Модульные лесные машины для комплексного освоения УЛФ [Текст]: Е.М.Онучин // Юбилейный сборник статей студентов, аспирантов и докторантов по итогам научно-технических конференций МарГТУ в 2002 г. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003. – С. 131-134.
  6. Онучин, Е.М. Применение колёсных тракторов при механизации лесохозяйственных работ [Текст]: Е.М.Онучин // Труды Марийск. гос. техн. ун-та. Вып. 9. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. – С. 332-334.
  7. Онучин, Е.М. Программа имитационного моделирования движения колёсной лесной машины по ленте леса без прокладки волока [Текст]: Е.М.Онучин. – Марийск. гос. техн. ун-т. – Йошкар-Ола, 2004. – 16 с. – Деп. в ВИНИТИ 14.01.04, №65–В2004.