Технология и оборудование лесосечных работ

Предисловие

 

В основных принципах лесного законодательства выражен экономический аспект управления лесами, который сводится к тому, что использование лесов призвано удовлетворять потребности общества в лесных ресурсах, особенно в древесине. Именно из экономических соображений Лесной Кодекс Российской Федерации предусматривает выделение эксплуатационных лесов, основным целевым назначением которых выступает их освоение в целях устойчивого, максимально эффективного получения высококачественной древесины и других лесных ресурсов, продуктов их переработки.

В связи с вышесказанным будущие специалисты лесного хозяйства в качестве одного из аспектов профессиональной подготовки должны получить глубокие знания высокоэффективных экологически безопасных технологий рубок лесных насаждений, первичной обработки и частичной переработки древесного сырья.

Настоящее учебное пособие предназначено для подготовки бакалавров по направлению подготовки 250100 «Лесное дело» и специалистов по специальности 250201 «Лесное хозяйство» по дисциплине «Технология и оборудование лесозаготовок»

В пособии рассмотрены вопросы технологии и организации производства по двум фазам лесозаготовительного производства - лесосечным и лесоскладским работам. Содержание пособия предполагает оказать помощь студентам в глубоком освоении дисциплины, в выполнении курсовых и дипломных работ.

Учебное пособие может быть также полезным для студентов, обучающимся по другим направлениям и специальностям.

Глава 1

 

Общие сведения о лесопромышленном производстве

 

1.1. Значение лесопромышленного производства

 

Среди богатств, которыми наделила Россию природа, лес является самым значительным, именно он способен обеспечить экономическое процветание страны, благосостояние её населения. Заготовляемая при всех видах рубок древесина является одним из немногих возобновляемых видов природных ресурсов, предоставляющих ценнейшее сырьё для многих видов промышленности и находящих практически неограниченный рынок сбыта как в нашей стране, так и за рубежом. Последнее обстоятельство позволяет привлекать в Россию необходимые валютные ресурсы, в количествах хотя и меньших, нежели от экспорта нефти и газа, но при грамотном пользовании лесом, не ограниченных во временной перспективе [11].

Основные направления развития лесной промышленности предусматривают повышение конкурентоспособности лесопромышленного комплекса и достижение Россией достойного места в мировом лесном секторе экономики, сопоставимого с имеющимся лесосырьевым потенциалом.

 

1.2. Лесные богатства страны.

Рубки лесных насаждений

 

Площадь лесного фонда Российской Федерации составляет почти 1,2 млрд.га, т.е. 22% площади лесов мира и 62% территории страны. Общий запас древесины в лесном фонде насчитывает 81,9 млрд.м³, из них 44,1 млрд.м³ (53,8%) приходится на долю спелых и перестойных насаждений. Общий средний прирост древесины в год составляет 970,4млн.м³. Возможные для эксплуатации запасы спелых и перестойных насаждений насчитывают 23,4 млрд.м³, или 55,8 % всего объёма этих насаждений. Запас древесины на 1 га в спелых и перестойных насаждениях составляет 137 м³, в возможных для эксплуатации лесах – 167 м³.

Размещение лесов по территории страны неравномерно. Основными лесными массивами являются Северо - Уральский и Сибирско - Дальневосточный. В первом в составе древостоев распространены ель, берёза, сосна; во втором преобладают лиственница, кедр, пихта, сосна.

Леса, расположенные на землях лесного фонда, по целевому назначению подразделяют на защитные леса, эксплуатационные леса и резервные леса. Эксплуатационные леса подлежат освоению в целях устойчивого, максимально эффективного получения высококачественной древесины и других лесных ресурсов.

В соответствии с Лесным кодексом Российской Федерации рубки лесных насаждений осуществляются в форме выборочных рубок или сплошных рубок. Рубки ухода за лесами (осветления, прочистки, прореживания, проходные рубки, рубки обновления, рубки переформирования, ландшафтные рубки, иные виды рубок ухода за лесами), направленные на улучшение породного состава и качества древостоев, повышение полезных функций лесов, осуществляются в форме выборочных рубок.

К сплошным рубкам спелых, перестойных лесных насаждений относятся следующие виды рубок: с предварительным лесовосстановлением (появление нового молодого поколения леса под пологом существующего древостоя) и с последующим лесовосстановлением (образование нового поколения леса после рубки спелого древостоя).

1.3. Периоды развития лесозаготовок в России

В развитии лесозаготовок в нашей стране можно выделить четыре характерных периода: дореволюционный, довоенных и послевоенных пятилеток и машинизации.

В дореволюционной России леса были собственностью царской казны, помещиков, купцов, лесопромышленников и т.д. Лесозаготовки были сезонными, велись в зимнее время. Древесина на лесосеке заготавливалась в сортиментах с применением двуручных пил и топоров. Транспортировались сортименты лошадьми.

При Советской власти была отменена частная собственность на леса и определены правила лесоэксплуатации. В период довоенных пятилеток были заложены основы рационального использования лесных ресурсов и планомерной механизации лесозаготовок.

После окончания Великой Отечественной войны в связи с интенсивным развитием народного хозяйства стала расти потребность в древесине. На лесозаготовки начала поступать отечественная техника: электро- и бензиномоторные пилы, трелёвочные тракторы, лебёдки. Уровень механизации на основных лесосечных работах в 1956 г. достиг 76…86%. В 1961-70 годах были созданы и рекомендованы в серийное производство новые высокопроизводительные машины для лесосечных и лесоскладских работ, в том числе многооперационные машины, сучкорезные машины, челюстные лесопогрузчики и др. Преобладающей стала технология с заготовкой и вывозкой хлыстов на нижние лесные склады, начала применяться технология с заготовкой и вывозкой деревьев. Таким образом, период послевоенных пятилеток характеризуется как период комплексной механизации лесозаготовительного производства.

Период машинизации и автоматизации лесозаготовок начался в семидесятых годах прошлого столетия. Отечественная промышленность начала поставлять предприятиям лесозаготовительные машины, исключающие ручной труд на основных лесосечных работах. В 80-х годах завершилось создание систем машин для лесосечных и лесоскладских работ, позволяющих повысить производительность труда в 1,5…2 раза. В этот период, как и в предыдущий, вплоть до 1995 г. почти повсеместно на рубках главного пользования применялась технология с заготовкой на лесосеках хлыстов и вывозкой их на нижние склады.

В связи с перестроечными процессами и последующим распадом СССР темпы машинизации и автоматизации лесозаготовительного производства с 1991 г. резко упали из-за возникших экономических и энергетических трудностей. В последние годы резко возросло количество предприятий со среднегодовым объёмом заготовки древесины 10…15 тыс. м³, что привело к развитию технологии с заготовкой сортиментов на лесосеках бензиномоторныи пилами и валочно-сучкорезно-раскряжёвочными машинами. Такая технология позволяет в регионах с хорошо развитой дорожной сетью поставлять заготовленные в лесу сортименты непосредственно на склады потребителей.

 

1.4. Народнохозяйственное значение леса

 

Лес является ценным природным богатством и имеет большое значение для развития производительных сил страны. Лес дает народному хозяйству страны в настоящее время около 150 млн.м³ древесины в год.

Древесина служит сырьем для промышленности и находит широкое и разнообразное применение во всех отраслях народного хозяйства. Древесина используется в строительстве (стройлес), на железнодорожном транспорте (шпалы), в горнорудной промышленности (рудничная стой­ка), в целлюлозно-бумажной промышленности (балансы), в машинострое­нии и судостроении, в мебельном, в спичечном и в производстве музыкальных инструментов, перерабатывается на пиломатериалы, цел­люлозу, бумагу, картон, древесные плиты и т.д.

Древесина используется при химической и химико-механической пе­реработке. Так из 1-го м³ древесины можно получить 200 кг целлюлозы или бумаги, 90 л спирта, 20 кг сухих кормовых дрожжей или 15 кг пищево­го ванилина. Целлюлоза, получаемая из древесины ели, тополя, осины, является исходным продуктом для получения целого ряда изделий. Из 200 кг целлюлозы можно получить 1500 пог.м шел­ковой ткани или 170 кг искусственной шерсти. Спирта, получен­ного из 1 т сухих опилок, достаточно для производства 45 кг каучука.

Отходы и низкокачественная древесина используются для производ­ства плит (древесноволокнистых и древесностружечных), различных строительных материалов: арболита (легкий бетон с древесным заполните­лем), термолит и т.п. Пропитанная и спрессованная древесина - хороший заменитель стали и ряда цветных металлов. Из нее изготавливают шестер­ни, вкладыши подшипников, детали автомобилей, самолетов, телефонной аппаратуры и т.д. Всего в настоящее время из древесины изготавливается более 20 тыс. видов различных изделий и предметов.

Лес является регулятором климата и влагооборота в при­роде, очистителем воздуха и источником кислорода. Он смягчает климат, защищает от засух и размывов полей. Лес поглощает углекислоту, очищает воздух и обогащает его кислородом. Подсчитано, что 1м² площади листьев выделяет столько кислорода, что его достаточно для нормальной жизни двух человек.

Лес является источником ценных продуктов питания (фруктов, ягод, грибов, орехов), неистощимым резервом лекарственных веществ, крупной базой охотничьего хозяйства, дающего пушнину, мясо, пернатую дичь. В медицине используется около 12 тысяч диких лекарственных растений, большая часть которых произрастает в лесах [16].

 

1.5. Особенности лесозаготовительного производства

 

Лесозаготовительная промышленность имеет целый ряд особенностей, отличающих ее от других отраслей народного хозяйства:

1) Лесозаготовки производятся в разнообразных природ­ных и производственных условиях. Это требует индивидуального подхо­да к разработке технологии и выбору техники.

2) Деревья по размерам, породам и качеству многообразны; различна и продукция, получаемая из них. Это создает дополнительные трудности для механизации и особенно автоматизации производства.

3) Запасы сырья на лесных площадях невелики. Так, при запасе 200 м³ на 1 га толщина слоя равномерно распределенной по площади лесосеки древесной массы составила бы лишь 2 см, тогда как толщина торфяных залежей достигает 7-10 м, а мощность угольных пластов доходит до 15м. Это является причиной частых перемещений мастерских участков, требует значительного протяжения транспортных путей, ограничивает срок действия предприятия.

4) В отличии от торфа, угля, допускающих возможность дробления их на мелкие части, лесоматериалы на протяжении всего процесса лесозаго­товок остаются в целом виде. Поэтому для работы требуются машины значительной мощности и грузоподъемности.

5) Территориально цехи, участки и бригады разобщены, что создает трудности в управлении, снабжении и т.д.

6) Лес обладает свойством восстанавливаться. Эта положительная особен­ность учитывается при строительстве постоянно действующих лесоза­готовительных предприятий.

 

1 .6. Технология лесозаготовительного производства

 

Производственный процесс – это процесс создания необходимого продукта людьми, связанными определёнными производственными отношениями. Производственный процесс предполагает наличие трёх элементов: труда (целесообразной деятельности человека), предмета труда и средств труда (орудий производства – машин, станков, инструментов).

Технологический процесс является составной частью производственного процесса, в который также включаются энергетические, ремонтные, строительные, складские и другие процессы.

Технология лесозаготовок – это совокупность знаний о способах и средствах заготовки и первичной обработки древесного сырья, а также сами процессы превращения предмета труда (стоящие деревья) в готовую продукцию (круглые и колотые лесоматериалы, пилопродукция и т.д.).

Технологический процесс лесозаготовительного предприятия под­разделяется на три фазы: лесосечные работы, вывозка заготовленной дре­весины и лесоскладские работы.

В лесосечные работы входит комплекс обрабатывающих техноло­гических и переместительных операций: валка деревьев, очистка деревьев от сучьев, раскряжёвка хлыстов, трелёвка деревьев, хлыстов или сортиментов, сортировка и штабелёвка сортиментов, погрузка лесоматериалов на лесовозный транспорт, а также подготовительных, вспо­могательных и заключительных работ на лесосеках.

Под вывозкой понимается перемещение транспортным средством древесины с места ее заготовки до мест складирования и обработки или потребления.

Лесоскладские работы включают в себя первичную обработку дре­весного сырья, распределение древесины по качеству, погрузочно-штабелёвочные операции по хранению и отгрузке сырья или продукции потре­бителям.

 

Глава 2

Общие понятия

 

В соответствии со статьёй 29 Лесного кодекса Российской Федерации заготовка древесины осуществляется гражданами и юридическими лицами на основании договоров аренды лесных участков в соответствии с лесным планом субъекта Российской Федерации, лесохозяйственным регламентом лесничества, а также проектом освоения лесов на лесном участке, предоставленном в аренду.

Заготовка древесины без предоставления лесного участка осуществляется гражданами и юридическими лицами на основании договоров купли-продажи лесных насаждений [13]. Часть арендной базы, отведённая для рубки на установленный срок, есть лесосечный фонд. Участки леса, отведённые для рубки в течении года, называются годичным лесосечным фондом (годичной лесосекой).

Объём лесозаготовок регулируется расчётной лесосекой – оптимальной нормой ежегодной рубки леса, не превышающей величины годичного прироста (суммы среднего прироста всех насаждений – хвойных и лиственных). Расчётная лесосека устанавливается на 10 лет и более при проведении лесоустройства [12]. Примерная схема размещения лесозаготовительного предприятия на территории лесного массива (арендной базы), представлена на рис.2.1.

Участок спелого леса, отведённого для заготовки древесины, называется лесосекой. Лесосеки являются местом работы мастерского участка (лесозаготовительных бригад). На лесосеке размещаются машины и механизмы, средства их технического обслуживания, а также средства бытового обслуживания рабочих. Лесосеки могут иметь различную форму: прямоугольную, квадратную, форму таксационного выдела и др.

 

Рис. 2.1. Схема размещения ЛЗП на территории арендной базы: 1 - тупик железной дороги МПС; 2 - нижний склад (потребитель древесины); 3 – арендная база предприятия (лесной массив); 4 – ветки лесовозной дороги; 5 – усы лесовозной дороги; 6 – лесопогрузочные пункты; 7 – лесосеки; 8 – магистральная лесовозная дорога.

 

Основными организационно-техническими элементами лесосеки являются: площадь, ширина, сроки примыкания, направление лесосеки, направление рубки, источники обсеменения, сезон и технология лесосечных работ, сезон и способы очистки лесосек. Перечисленные элементы лесосек определяются «Правилами заготовки древесины» [13] с учётом лесохозяйственного районирования лесов России и целевого назначения лесов (защитные, эксплуатационные, резервные). Например, в таёжной зоне лесов различных лесных районов предельная ширина лесосек может быть 500, 400, 300, 250, 200, 150 и 100 м, а предельная площадь – 50, 40, 30, 20, 15 и 10 га.

Для удобства разработки лесосеку делят на делянки, пасеки и ленты (рис. 2.2). Делянка закрепляется за одной бригадой рабочих или одной валочной машиной (ВМ, ВПМ или ВТМ). Если лесосека невелика и на ней работает одна бригада рабочих, то понятия лесосеки и делянки совпадают. На делянке выполняется весь комплекс лесосечных работ. Обычно малым комплексным бригадам (МКБ) отводят делянки площадью 5…8 га, укрупнённым (УКБ) – 10…15 га, для одной валочной машины (ВМ, ВПМ или ВТМ) – 5…8 га [1].

Часть делянки, с которой поваленные деревья или хлысты трелюют по одному трелёвочному волоку, называется пасекой. Разбивка на пасеки позволяет выдерживать заданное направление валки, сохранять подрост. Ширина пасек может быть от 25 до 50м.

Трелёвочные тракторы транспортируют деревья, хлысты или сортименты по пасечным и магистральным трелёвочным волокам. Ширина пасечного волока, прокладываемого посредине пасеки, составляет 3…5 м, срок действия его небольшой, поэтому достаточно оставить на волоке низкие пни, расчистить его от валежника и кустарника, примять глубокий снег трактором. Магистральные волоки соединяют пасечные с погрузочным пунктом или верхним складом, сроки их действия более длительные и требуется их подготовка. Пни на них должны быть спилены заподлицо с землёй, а участки со слабыми заболоченными грунтами – укреплены поперечным настилом из дровяной древесины, сучьев и др.

 

Рис. 2.2. Технологические элементы лесосеки: 1 – лесосека; 2 – лесовозный ус; 3 – бригадные делянки; 4 – пасеки; 5 – пасечные ленты; 6 - пасечные трелёвочные волоки; 7 – магистральные трелёвочные волоки; 8 – лесопогрузочные пункты.

 

Для удобства валки и трелёвки деревьев и хлыстов пасеки могут быть разделены на ленты, которые разрабатываются при однократном проходе валочной, валочно-трелёвочной или валочно-пакетирующей машины, а также при валке деревьев бензиномоторными пилами. При машинной валке роль пасек могут выполнять ленты. Валочные и валочно-трелёвочные машины разрубают ленты шириной 2,5…5 м, валочно-пакетирующие машины – 12…15 м.

За бригадами или отдельными машинами закрепляются лесопогрузочные пункты или верхние склады, расположенные около лесовозной дороги. На погрузочных пунктах и верхних складах производится погрузка древесины на лесовозный транспорт. Верхние склады устраиваются при вывозке сортиментов.

Валка деревьев

 

Валка деревьев является первой основной операцией технологического процесса лесосечных работ. Основным способом валки деревьев в настоящее время является перерезание ствола дерева и отделение его от пня. При этом валка может выполняться переносными моторными инструментами (механизированная валка) или машинами (машинная валка). В нашей стране широко применяется как механизированная, так и машинная валка деревьев. Машинная валка деревьев может выполняться одно – и многооперационными машинами.

 

Приёмы валки

 

Механизированная валка деревьев выполняется специализированными бензиномоторными пилами с высоким расположением рукояток МП-5 «Урал -2», М-228 и универсальными пилами с низким расположением рукояток «Тайга-214», «Тайга-245» (рис.2.3), а также зарубежными пилами Хускварна 242ХР, 254ХР, 268, 262ХРН, 281ХР, 3120ХР; Стиль 020, 026, 036, 044С, 064, 084; и др.

 

 

Рис.2.3. Бензиномотрные пилы: а – МП-5 «Урал-2 Электрон»; б – М-228; в – «Тайга – 214»; г – «Крона – 202».

 

В процесс валки дерева входят следующие операции: осмотр дерева; подготовка рабочего места, подпил, спиливание и повал дерева в заданном направлении; переход к следующему дереву.

При осмотре дерева уточняют состояние, диаметр и наклон ствола, форму кроны, силу и направление ветра; намечают направление валки, форму подпила, приёмы спиливания.

Подготовка рабочего места заключается в уборке снега, кустарника, подроста и низко свисающих сучьев, выборе и подготовке путей отхода вальщика во время падения дерева. Пути отхода (коридоры) должны быть расчищены на длине 4…5 м, иметь ширину не менее 0,45 м и идти под углом 45º к направлению валки в противопожарную сторону.

Подпил дерева производится со стороны направления валки, он обеспечивает падение дерева в заданном направлении, исключает возможность возникновения сколов ствола. Возможные формы подпила представлены на рис.2.4.

 

 

Рис. 2.4. Схемы подпила деревьев и формы недопилов. П – направление валки дерева, НВ – направление наклона дерева и ветра; I, II, III - последовательность выполнения приёмов спиливания дерева.

 

Подпил одним резом (рис.2.4, а) применяют при валке тонкомерных деревьев диаметром до 18 см; наиболее распространён подпил клином вверх с нижней горизонтальной плоскостью (рис.2.4 б); подпил клином вниз (рис. 2.4, в) применяют при валке крупных деревьев в горных условиях; при валке деревьев диаметром более 60 см подпил выполняется двумя горизонтальными резами (рис. 2.4, г).

После выполнения подпила производят срезание дерева со стороны, обратной направлению валки. Плоскость срезания должна быть горизонтальной и находиться на уровне верхней кромки подпила. Высота пня от шейки корня должна быть меньше 1/3 диаметра дерева (h ≤ d_к /3), но не более 10 см. Деревья диаметром менее свободной длины пильной шины срезают за один или два приёма (рис.2.4, д, е). Крупномерные деревья срезают за три приёма (рис.2.4, ж).

Глубина подпила l_п зависит от диаметра дерева, наклона ствола, формы и развитости кроны, направления и силы ветра и может быть от 1/3 до 1/5 диаметра дерева в месте срезания, а угол подпила – 30 … 40º.

При срезании дерева оставляют недопил С, который служит шарниром при падении дерева. Размеры и формы подпила могут изменить направление падения дерева в пределах 10…15º (рис. 2.4). В зависимости от диаметра дерева ширина недопила может быть 1…4 см. Дерево спиливают в один или несколько приёмов, как показано на рис.2.4 д, е, ж.

Для сталкивания деревьев в заданном направлении при валке применяют следующие приспособления: валочные лопатки, валочные вилки, деревянные и металлические клинья, гидроклинья и гидродомкраты.

 

Бензиномоторными пилами

Способы валки деревьев на пасеках различны и зависят от размеров пасек, почвенно-грунтовых условий, состава лесонасаждений, наличия и размеров жизнеспособного подроста, способа трелёвки и др. факторов. Соблюдение способов валки позволяет создать определённый технологический порядок разработки лесосеки, облегчает организацию и обеспечивает более безопасные условия труда на лесосеке.

На лесосечных работах получили применение следующие основные способы разработки пасек, приведённые на рис. 2.5. Цифрами на рисунке обозначен порядок разработки лент, стрелками - направление трелёвки.

При разработке пасек узкими лентами (рис. 2.5 а) обеспечивается мак­симальная сохранность подроста. Делянка разбивается на пасеки шириной, равной средней высоте древостоя. Посередине каждой пасеки прокладыва­ется волок. Валку деревьев на волоке начинают с ближнего конца, деревья валят вершинами по направлению к погрузочному пункту. После отхода ва­льщика на безопасное расстояние или переходе его на другой волок очи­щают деревья от сучьев и трелюют хлысты за вершины. Вальщик валит де­ревья сначала с одной полупасеки, а затем с другой. При этом он стремится валить каждое дерево так, чтобы крона дерева попала на волок. При валке деревьев учитывается расположение подроста, особенно куртин. Сучья, уда­ленные с деревьев, остаются на волоке.

Разработка пасек без сохранения подроста с трелевкой за вершины имеет незначительное отличие от метода узких лент. Пасека (рис.2.5 б), ши­риной 35...45 м, разбивается на ленты шириной 8... 10 м. Деревья валят под углом 45°...60° к волоку. Разрабатывают ленты последовательно.

 

Рис. 2.5. Схемы разработки пасек: а – метод узких пасек; б – за вершины широкими пасеками; в – за комли лентами, параллельными волоку; г – за комли лентами под углом к волоку; д – на подкладочное дерево

 

Разработка пасек лентами, параллельными волоку (рис.2.5.в) испо­льзуется при трелевке деревьев за комли. С лент шириной 6...8 м валят де­ревья кронами на волок, а с последующих лент - кронами на вырубку. Деревья валят под углом 45°...60° к волоку, комлями по направлению трелев­ки. Этот способ разработки пасек используется на твердых грунтах летом и при неглубоком снежном покрове.

Разработка пасек лентами под углом к волоку (рис. 2.5 г) также испо­льзуется при трелевке за комли. Разработка полупасек производится лен­тами шириной 8... 10 м, которые примыкают к волоку под углом 45°...60°. Валку деревьев начинают с дальнего конца полупасек.

Разработка пасек с использованием подкладочного дерева (рис.2.5д) во многом аналогична предыдущей схеме. Сначала валят дерево вдоль ленты, на которое затем валят все деревья с ленты. Применение под­кладочного дерева облегчает чокеровку и обеспечивает сохранность мелко­го подроста.

 

На валке деревьев

 

Сменная производительность бензиномоторной пилы на валке деревьев определяется по формуле

 

П_см = , (2.1.)

 

где Т_см – производительность смены, с; t_п – регламентированные простои, с (при одиночной валке t_п = 6000 с; при валке с помощником t_п = 3780 с); К_в – коэффициент использования рабочего времени (К_в = 0,6 … 0,7); φ₁ - коэффициент использования пилы на пилении (φ₁ = 0,25 …0,45); q_хл – средний объём хлыста, м³; t_ц – время цикла валки одного дерева, с – определяется по формуле

 

t_ц = t_с К_с, (2.2)

 

где t_с – время спиливания дерева, с; К_с – коэффициент, учитывающий затраты времени на сталкивание дерева с пня, переходы вальщика от дерева к дереву и подготовку рабочего места (принимается из табл. 2.2).

Таблица 2.2

Значение коэффициента К_с

Способ валки	Значение коэффициента Кс при среднем объёме хлыста, м3
до 0,21	0,22 -0,29	0,30 -0,39	0,40 -0,49	0,50 -0,75	0,76 - 1,1	более 1,1
Одним рабочим	6,67	5,00	4,00	3,34	2,86	2,50	2,22
С помощником	3,34	2,50	2,00	1,67	1,43	1,25	1,11

 

Время спиливания дерева t_с, с определяется по формуле

 

t_с = , (2.3)

 

где d_с - диаметр дерева в комлевом срезе, м, равный d_с = С_с d_1,3; d_1,3 – диаметр дерева на высоте 1,3 м от комлевого среза, м; С_с – коэффициент формы ствола (зависит от породы и места произрастания): для ели, лиственницы, дуба – С_с = 1,4; для сосны, кедра, пихты, бука – С_с = 1,25; для берёзы, липы, ясеня, осины – С_с =1,1; при срезании деревьев заподлицо с землёй С_с принимается равным 1,5; К_п – коэффициент увеличения площади пропила за счёт подпила (К_п = 1,15 … 1,25); П_ч – производительность чистого пиления пилы, м²/с (МП-5 «Урал-2» - 0,01 м²/с; «Тайга-245» - 0,007 м²/с; К_ч – коэффициент использования производительности чистого пиления на валке (К_ч= 0,6 … 0,8).

 

Трелёвка древесины

 

Трелёвкой называется перемещение деревьев, хлыстов или сортиментов от места валки на лесопогрузочный пункт (верхний склад). Трелёвка является самой энерго- и трудоёмкой операцией лесосечных работ и оказывает существенное влияние на почвенно-грунтовые условия будущей вырубки. Если древесина из лесосеки вывозится на нижний склад лесозаготовительного предприятия без перегрузки на погрузочном пункте (обычно на расстояние не более 10 км), то такой технологический процесс называется прямой вывозкой древесины.

 

Типы трелёвочных тракторов

 

В России и странах СНГ наиболее широко распространена трелёвка древесины специализированными тракторами со специальным технологическим оборудованием для сбора пачки деревьев или хлыстов и перемещения её в полупогруженном или полуподвешенном положении (рис.2.9). На этих тракторах кабина расположена спереди для улучшения обзорности и упрощения управления трактором. Кроме того, специализированные трелёвочные тракторы более приспособлены к лесной среде благодаря специальной конструкции ходовой части, которая может быть гусеничной или колёсной.

 

а в

б г

 

Рис.2.9. Трелёвочные тракторы: а – канатно-чокерный трактор: 1 – лебёдка; 2 – собирающий канат; 3 – погрузочный щит; 4 – гидроцилиндр; б – трактор с гидроманипулятором: 1 – колонна; 2- стрела; 3- гидроманипулятор; 4 – рукоять; 5- клещевой захват 6 - коник; в – трактор с пачковым захватом (скиддер): 1 - лебёдка; 2 – стрела; 3- механизм поворота захвата; 4 – клещевой захват; 5 - щит; г - погрузочно-транспортная машина (форвардер): 1 - гидроманипулятор; 2 – механизм поворота захвата; 3 – стойки; 4 – грузовая платформа

 

По конструкции технологического оборудования для набора пачки трелёвочные тракторы делятся на четыре типа:

· трелёвочные тракторы, оснащённые канатно-чокерным оборудованием для трелёвки деревьев и хлыстов;

· трелёвочные тракторы, оснащённые гидроманипулятором с клещевым захватом для бесчокерной трелёвки деревьев и хлыстов;

· трелёвочные тракторы, оснащённые пачковым клещевым захватом для бесчокерной трелёвки сформированных пачек деревьев и хлыстов (подборщики-трелёвщики пачек);

· трелёвочные тракторы, оснащённые гидроманипулятором с челюстным захватом для бесчокерной трелёвки (подвозки) сортиментов (погрузочно-транспортные машины – форвардеры).

Из этих типов всё большее применение получают трелёвочные тракторы для бесчокерной трелёвки древесины, так как они исключают ручной труд и значительно повышают производительность труда.

Независимо от типа трелёвочного трактора он состоит из базовой машины и навесного или прицепного трелёвочного оборудования.

 

 

Оптимальные размеры делянок

 

Размеры лесосек, отводимых в рубку (площадь и ширина), определяются «Правилами заготовки древесины» [13] в зависимости от вида рубок, состава лесных насаждений и зоны расположения лесного района.

Для разработки лесосека разбивается на делянки определённых размеров. С увеличением размеров делянки уменьшаются затраты на строительство и содержание лесовозных усов и погрузочных пунктов, но уменьшается производительность трелёвочных машин и возрастают затраты на трелёвку, т.к. увеличивается среднее расстояние трелёвки. При определении размеров делянки следует учитывать трудовые или стоимостные затраты на строительство и содержание лесовозных усов, магистральных волоков и лесопогрузочных пунктов (верхних складов), а также затраты на трелёвку, отнесённые к 1 м³ или 1000м³ заготовленной древесины. Размеры делянки, обеспечивающие минимальные трудовые или стоимостные затраты, и будут оптимальными.

В связи с тем, что стоимостные показатели на лесосечных работах имеют неустойчивый характер, целесообразно определять размеры делянки по минимуму трудозатрат, отнесённых к 1 м³.

Решение задачи по определению оптимальных размеров делянки заключается в нахождении минимума функции двух независимых переменных: длины и ширины делянки. Поскольку ширина делянки принимается обычно равной ширине или половине ширины лесосеки, которая уже известна и регламентирована «Правилами заготовки древесины» [13], решение этой задачи упрощается и сводится к нахождению только длины делянки. По трудовым затратам в этом случае она решается следующим образом [7]. Составляется уравнение суммарных трудозатрат, отнесённых к 1м³:

 

Т₀ = (2.5)

 

где Т_п – трудозатраты на устройство одного погрузочного пункта (верхнего склада), чел.-дней; q₁ – средний запас древесины на 1 м³, м³; а – ширина делянки (сторона перпендикулярная лесовозному усу), м; в – длина делянки, м; Т_ус – трудозатраты на строительство лесовозного уса длиной 1 м и магистрального волока, чел.-дней; β – коэффициент использования лесовозного уса: при расположении делянок с одной стороны уса β=1, с двух сторон – β=2; n – число рабочих, занятых на трелёвке; К₁, К₂ - коэффициенты, зависящие от схемы расположения трелёвочных волоков (даны в табл.2.3); t – время на сбор, прицепку и отцепку пачки, с; V_ср – средняя скорость движения трелёвочной машины по лесосеке с грузом и без груза, т.е. в обоих направлениях, м/с; Т_см – продолжительность смены, исключая время на подготовительно-заключительные работы, с; V_п – средний объём пачки, трелюемой трактором, м³.

Далее берётся первая производная по переменной величине и приравнивается нулю:

, (2.6)

 

 

откуда в = , (2.7)

 

Вторая производная – положительная, следовательно, для значения в, полученного по формуле (2.7), функция Т₀ – имеет минимум.

Оптимальные размеры делянки предопределяют и оптимальное расстояние трелёвки. Для нахождения этого расстояния трелёвки достаточно подставить в формулу (2.4) полученные оптимальные размеры делянки.

Зная оптимальные размеры делянки, можно определить также оптимальное количество погрузочных пунктов (верхних складов) на лесосеке. Оно будет равно числу делянок на лесосеке.

 

И валочно-трелёвочных машин

 

Сменную производительность трелёвочных тракторов можно рассчитать по формуле

 

П_см = (2.8)

 

где Т- продолжительность смены, с; t_п.з. - время на выполнение подготовительно-заключительных работ, с. (для тракторов с чокерным исполнением t_n.з = 2640 с, для бесчокерных машин и подборщиков пачек t_n.з = 3000 с); К_в - коэффициент использования рабочего времени, К_в= 0,8-0,85; t _ц- время цикла, которое определяется по формуле

 

t_u=t₁+t₂+t₃+t₄, (2.9)

 

где t₁, и t₂- время движения трактора соответственно в холостом и грузо­вом направлениях, с; t₃ - время на чокеровку деревьев и формирование пачки, с;t₄ - время на отцепку пачки и снятие чокеров на лесопогрузочном пункте, с.

 

t₁ =l_ср / V_x, (2.10)

 

t₂ = l_ср / V_г , (2.11)

 

Для трелевочных тракторов с канатно-чокерным оборудованием зна­чения t₃ и t₄ определяются по формулам:

 

t₃ = 60 (В₁ + b₁ m+ 175 Q_P / q_га), (2.12)

 

t₄ = 60 (В₂ + b₂m + 0,5Q_P), (2.13)

 

где V_х и V_r- скорость движения трактора соответственно без груза и с гру­зом, м/с (соответственно IV и I-II передача базового трактора (см. табл. 2.7); m -число деревьев (хлыстов) в пачке., m = , шт; q _га - запас на 1 га, м³ / га; В₁, В₂, b₁, b₂ - постоянные коэффициенты, значения которых приведены в табл. 2.4.

Для трелевочных тракторов, оснащенных манипулятором с захватом, значение t₃ определяется по формуле

 

t₃ = t