Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1. Лесоводственно-технологическая классификация, специфика и особенности несшгошных рубок главного пользования 9
1.2. Обзор существующих технологических процессов лесосечных работ и общее состояние механизации несплошных рубок 16
1.3. Анализ исследований и перспективы развития технологии проведения постепенных и выборочных рубок 22
1.4. Выводы. Цели и задачи исследований 35
2. Характеристика лесов северо-запада россии с позиций обоснования применения постепенных и выборочных рубок 38
2.1. Характеристика спелого леса и грунта 38
2.2. Оценка уровня концентрации лесосырьевых ресурсов 46
2.3. Выводы по разделу 47
3. Математическое моделирование технологического процесса освоения лесосек машинами для заготовки сортиментов на несплошных рубках 49
3.1. Выбор и обоснование метода исследований 49
3.2. Математическое описание системы «лесозаготовки» 50
3.3. Выбор и обоснование показателей эффективности 53
3.4. Технологические схемы разработки лесосек 57
3.5. Описание математической модели технологического процесса освоения лесосек для обоснования рациональной технологии 58
3.6. Построение математических моделей функционирования лесозаготовительных машин (ЛЗМ) 65
3.6.1. Моделирование работы ВСРМ 66
3.6.1.1. Математическое моделирование доступности деревьев для рабочих органов ВСРМ в процессе рубки 66
3.6.1.2. Обоснование оптимальных расстояний между рабочими позициями ВСРМ и рациональной ширины пасеки (ленты) 76
3.6.1.3. Методика расчета производительности ВСРМ с учетом доступности деревьев, состава и формы древостоев , 83
3.6.2. Моделирование работы вальщика с бензопилой (БП) 93
3.6.3. Определение среднего расстояния между деревьями 96
3.7. Выводы по разделу 97
4. Экспериментальные исследования работы машин и оборудования для заготовки сортиментов 100
4.1. Описание объекта исследований и методика проведения экспериментов , 101
4.2. Методика обработки экспериментальных данных 110
4.2.1. Выбор вида регрессионной модели 110
4.2.2. Выбор диапазона варьирования факторов 111
4.2.3. Идентификация закона распределения 111
4.2.4. Определение необходимого объема выборки 113
4.2.5. Оценка функции регрессии и проверка адекватности модели 114
4.3. Выводы по разделу 116
5. Результаты, анализ экспериментальных данных и исследования работы лзм на математических моде лях 117
5.1. Исследование элементов технологического цикла и производи тельности ЛЗМ 117
5.1.1. Интерпретация результатов исследования работы вальщика с БП 118
5.1.2. Интерпретация результатов исследования работы ВСРМ .. 120
5.1.3. Интерпретация результатов исследования работы форвардера . 132
5.2. Исследование продолжительности установки ВСРМ на технологических стоянках 137
5.3. Исследование скоростей движения ВСРМ по коридору 137
5.4. Оценка адекватности разработанных математических моделей 145
5.5. Исследования на разработанных математических моделях 155
5.5.1. Исследование производительности ВСРМ 155
5.5.2. Исследование производительности БП 159
5.5.3. Оценка повреждаемости оставляемого древостоя и подроста 163
5.6. Выводы по разделу 163
Основные выводы и рекомендации 167
Литература
- Обзор существующих технологических процессов лесосечных работ и общее состояние механизации несплошных рубок
- Оценка уровня концентрации лесосырьевых ресурсов
- Описание математической модели технологического процесса освоения лесосек для обоснования рациональной технологии
- Идентификация закона распределения
Введение к работе
На Северо-Западе России сосредоточена значительная часть потребителей леса, а эксплуатационные запасы лесосырьевых ресурсов истощены и обесценены. Проведение во второй половине XX века концентрированных сплошнолесосечных рубок в большом объеме с вырубкой наиболее продуктивной части древостоя привело к увеличению доли малоценных лиственных насаждений, разобщенности лесных массивов, резким возрастным и качественным различиям в структуре древостоев. Вместе с тем, запасы спелых и перестойных насаждений еще достаточно велики, в особенности в лесах I группы.
В таких условиях одним из средств сохранения защитных свойств леса, восстановления коренных хвойных и хвойно-лиственных насаждений с рациональным использованием древесины мягко лиственных пород, своевременного использования спелой древесины для удовлетворения растущих потребностей народного хозяйства без истощения наличных древесных запасов и ускорения воспроизводства леса при минимальных затратах являются постепенные и выборочные рубки. Такие рубки в нашей стране проводят пока в ограниченных объемах, потому что при этом требуется высокая квалификация исполнителей, затруднено применение комплексной механизации лесоразработок, следствием чего является повышение стоимости заготовки и вывозки древесины. Кроме того, эти рубки должны проводится в строгом соответствии с действующими лесоводствеными требованиями и нормативами, указывающими на предпочтительное применение сортиментной технологии заготовки и вывозки древесины. Применению подобной технологии способствует и достаточно развитая сеть автомобильных дорог общего пользования, связывающая потребителей с поставщиком.
Технология заготовки сортиментов в настоящее время базируется, в основном, на системах машин, состоящих из традиционных технических средств — бензиномоторных пил и трелевочных тракторов. С каждым годом на лесозаготовках машины для заготовки сортиментов, такие как валочно-сучкорезно раскряжевочные (ВСРМ) - харвестеры и сортиментоподборщики - форварде-ры, находят все большее применение. Однако, на постепенных и выборочных рубках подобные машины пока не нашли широкого распространения по причине недостаточного объема проведенных исследований по обоснованию технологии лесосечных работ. В связи с этим исследования, направленные на повышение эффективности работы машин для заготовки сортиментов на несплошных рубках являются актуальными.
Цель работы. Повышение эффективности освоения лесосек при равномерных постепенных и выборочных рубках в условиях Северо-Запада России с использованием машин для заготовки сортиментов путем обоснования рационального технологического процесса, обеспечивающего необходимое качество лесосечных работ с минимальными эксплуатационными затратами.
Объект исследований. Технологии лесосечных работ, включающие технологические процессы, машины, оборудование и организацию труда.
Научная новизна. Разработаны математические модели, описывающие технологический процесс лесосечных работ при равномерно-постепенных и выборочных рубках многооперационными машинами и механизмами для заготовки сортиментов с учетом доступности деревьев, состава и формы древостоев, мно-гоприемности рубок, схемы раскроя, параметров предмета труда, позволяющие обеспечить максимальную степень механизации и производительность машин с соблюдением лесоводственных требований, проводить технологическую и экономическую оценки, а также выбор рациональных вариантов и технологических параметров лесосек с целью повышения эффективности лесосечных работ.
Научные положения, выносимые на защиту. 1. Математическая модель, описывающая процесс функционирования ВСРМ на несплошных рубках с учетом возможной комбинации с бензиномо-торной пилой (БГТ), с учетом доступности деревьев в процессе рубки, состава и формы древостоев, многоприемности рубок, длин выпиливаемых сортиментов. 2. Математические модели для обоснования рациональной ширины пасеки (ленты) и расстояний между технологическими позициями ВСРМ для условий равномерно-постепенных и выборочных рубок.
3. Математическая модель для обоснования рациональной технологии освоения лесосек системами с различным сочетанием машин.
4. Регрессионные зависимости продолжительности цикла обработки деревьев, производительности ВСРМ и БП от параметров предмета труда, длин выпиливаемых сортиментов, сезона работы.
5. Закономерности распределения отдельных элементов циклов и скоростей движения лесозаготовительных машин и оборудования при выполнении технологической работы в наиболее распространенных природно-производственных условиях Северо-Запада.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается: обоснованными упрощениями и корректными допущениями при замене реальных процессов работы лесозаготовительных машин расчетными схемами; современными средствами научных исследований, базирующихся на положениях теории вероятностей и математической статистики, полученными математическими моделями, адекватными по отношению к исследуемым процессам.
Значимость для теории и практики. Разработанные математические модели углубляют теорию о технологии сортиментной заготовки леса при несплошных рубках с применением многооперационных машин и позволяют проводить технологические расчеты в целях эффективной организации технологического процесса. Полученные результаты обеспечивают непрерывное и рациональное лесопользование и воспроизводство леса с минимальными эксплуатационными затратами.
Место проведения. Работа выполнена на кафедре технологии лесозаготовительных производств Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии и лесозаготовительных предприятиях Ленинградской области и республики Карелия. Апробация работы. Результаты исследований обсуждались на научно-технических конференциях в ЛТА им. С.М.Кирова в 1996-1999, 2003-2004 г.г.; на республиканских научно-практических конференциях «Проблемы развития лесного комплекса Карелии» и «Региональные проблемы развития лесного комплекса» (г. Петрозаводск, 1996 и 1998 г.г).; на научно-практической конференции «Эколого-экономические проблемы лесного комплекса (на примере Северо-западного региона России)» (г. С-Петербург, ЛТА, 1997 г.); на конференции молодых ученых лесотехнической академии, посвященной 200-летию Лесного департамента России в 1998 г., на семинаре для руководителей предприятий республики Карелия и Ленинградской области в С-Петербурге в 2001 г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 печатных работ. Основные положения диссертации нашли свое отражение в научных отчетах кафедры технологии лесозаготовительных производств СПб ГЛТА им. СМ. Кирова.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 181 си включает 29 иллюстраций, 24 таблицы, список литературы 130 наименований.
Обзор существующих технологических процессов лесосечных работ и общее состояние механизации несплошных рубок
Механизация выборочных и постепенных рубок до недавнего времени базировалась, в основном, на применении бензиномоторных пил и трелевочных тракторов с чокерным оборудованием, применяемых на сплошнолесосечных рубках. Это наблюдалось как в нашей стране, так и за рубежом [21,70,81]. Причем преобладала хлыстовая технология заготовки.
Наиболее распространенные технологические процессы разработки лесосек на основе бензопилы и тракторной трелевки для различных природно-производственных условий представлены в работах [13,21,70,81,77,98]. Отмечено, что применение трелевочных тракторов со скользящим оборудованием отвечает лесоводственным задачам и при четком выполнении технологии лесосечных работ обеспечивает формирование более ценных древостоев. Практически полная непригодность серийных лесных тракторов (ТТ-4, ЛТ-154, ЛТ-157, ЛТ-187 и др.) для ведения несплошных рубок специалистам лесоводам известна и не требует доказательств. Об этом говорит тенденция к использованию на этих работах колесных сельскохозяйственных тракторов [21]. Отмечено, что предпочтение с лесоводственной и технологической точек зрения следует отдавать общепромышленным трелевочным тракторам ТДТ-55 и его модификациям и лесным модификациям тракторов Т-40М (Л), МТЗ-80 (82), снабженным трелевочными приспособлениями. С экологической точки зрения, в России и Швеции практиковалась и все шире практикуется в настоящее время конная трелевка и трелевка хлыстов и сортиментов малогабаритными трелевочными тракторами (ТЛ-28, Т-40АМ, Т-40А, Т-25АЛ) и машинами типа «железный конь», способными работать под пологом леса [27,129]. Авторы [21,77,81] рекомендуют ограниченно примененять на несплошных рубках широкозахватные вал очно-пакетирующие машины (ВПМ) и бесчокерные тракторы из-за ухудшения экологии вырубок и снижения производительности труда. Однако, мировой опыт перехода от тяжелого ручного труда к увеличению степени механизации сказывается на все большем применении подобных машинных технологий.
Лесоводственная специфика несплошных рубок резко ограничивает возможность применения машинизации. Возможность и лесоводственно-технологическая оценка технологий на базе широкозахватных ВПМ, работающих в комплексе с бесчокерными тракторами и передвижными сучкорезными или сучкорезно-раскряжевочными машинами рассмотрена в работах [29,70,110,124]. В качестве решающего фактора при разработке технологических схем на основе указанных машин принимаются их технические характеристики и прежде всего максимальный вылет стрелы с ЗСУ. Результаты опытных и производственных проверок показывают, что площадь волоков увеличивается на 27-58% по сравнению с использованием традиционных технологий, процент поврежденных деревьев, оставляемых при рубке увеличивается в 4-5 раз [40].
Сокращение запасов древесины в промышленно развитых районах и наличие трудностей в освоении диких лесов на новых малонаселенных территориях, не имеющих развитой дорожной сети и системы перерабатывающих предприятий, а также увеличение внимания общества к экологическим последствиям освоения лесов приводит к необходимости пересмотра лесной политики в направлении увеличения объемов проведения несплошных рубок. В связи с этим, а также с появлением многооперационных машин манипуляторного типа в мире наметилась устойчивая тенденция более широкого распространения сортиментнои технологии на более высоком, полностью механизированном уровне, обеспечивающем высокую производительность с учетом современных экологических требований [3,33,101,108,125,128]. Исследования по комплексной оценке различных технологий лесозаготовок [105] , проведенные в Латвии, показали, что при сортиментнои заготовке трудоемкость лесозаготовительного процесса снижается на 46%, число выполняемых операций уменьшается с 15 до 7, более чем в 2 раза снижается номенклатура и количество применяемых ЛЗМ по сравнению с заготовкой и вывозкой хлыстов на лесопромышленные склады. Удельный вес на подготовительно-вспомогательных работах при сортиментнои технологии ниже на 42%, чем при хлыстовой. Технология с заготовкой и вывозкой сортиментов эффективна при наличии высокопроизводительных сорти-ментовозов и протяженностью дорог до потребителя не превышающем 150 км [16]. В последнее время стали появляться и эксплуатироваться многооперационные машины для заготовки сортиментов, такие как ВСРМ, СРМ, форварде-ры. На ряде лесозаготовительных предприятий и фирм, как в России, так и за рубежом находит применение технология заготовки сортиментов на сплошных и несплошных рубках. Так, например, сравнение уровня использования различных технологий в государственных и крупных частных владениях в Канаде показывает увеличение объемов проведения лесозаготовок сортиментным способом, начиная с 1990 года [127]. В некоторых восточных провинциях — Ньюфаундленд, Новая Шотландия — доля сортиментнои заготовки сегодня доходит до 70%.
Оценка уровня концентрации лесосырьевых ресурсов
Одним из решающих факторов, оказывающих влияние на эффективность систем машин на лесосечных работах, является уровень концентрации лесосырьевых ресурсов. Оценка уровня концентрации проводится по следующим показателям: средняя площадь лесосеки, плотность поля лесосек, запас леса на га. Итоговым среди указанных показателей является среднегодовой уровень концентрации, представляющий собой отношение, выраженное в процентах, площади отведенных в рубку лесосек к площади кварталов, где эти отводы выполнены [12].
По данным [12] среднегодовой уровень концентрации лесосырьевых ресурсов составляет 9,8%. Средний удельный вес числа лесосек при уровне концентрации 2% составляет 33,8%; при уровне 8-10% - 61,5%; при уровне 15% - 4,7%.
По данным исследований [25] средняя площадь лесосеки в регионе составляет 9,7 га, количество лесосек в единице площади (плотность поля лесосек) составляет 0,076 шт/км . В целом по отрасли средняя площадь лесосеки составляет 25,4 га, в т.ч. по лесам первой группы — 7,6 га, второй — 12,4 га, третьей - 33,7 га. В районах с развитой промышленностью средняя площадь лесосеки составляет 4.. .7 га.
Использование расчетной лесосеки в лесах 1 группы составляет 40-55% [29], имеет место разрозненность спелых насаждений лесов I группы среди эксплуатационных лесов II и III групп, в большей части освоенных лесозаготовителями. По проведенному ЦНИИМЭ распределению спелых и перестойных насаждений Северо-Запада [23] по комплексу факторов, оказывающих существенное влияние на работу машин наиболее типичный запас на га в регионе составляет 101-200 м3/га.
1. На территории Северо-Запада преобладают хвойные леса. Наибольшее распространение имеют еловые, сосновые и березовые насаждения с полнотой 0,68-0,7. Более половины всей площади, занятой лесами обеспечено жизнеспособным подростом хвойных пород в достаточном для лесовозобновления количестве.
2. На долю спелых и перестойных лесов падает 19,5% покрытой лесом площади. По рельефу все леса равнинные, на дренированных почвах произрастает около половины всех лесов. Имеет место переруб хвойной лесосеки и недоруб лиственной. Брусничники, кисличники и черничники составляют более половины лесов региона.
3. Объектами проведения несплошных рубок главного пользования могут быть древостой всех основных лесообразующих пород, в особенности в лесах I группы. Первоочередными объектами рубок должны быть елово-лиственные и лиственно-еловые насаждения с подростом хвойных пород. Постепенные рубки наиболее эффективны в ельниках и сосняках брусничниках, черничниках на супесчаных, суглинистых дренированных свежих почвах.
3. В насаждениях, пригодных для проведения постепенных рубок наиболее целесообразно проведение двух-трех приемных рубок. Подбор насаждений и лесоводственно-технологические параметры рубок зависят от экономических и природных условий, народнохозяйственной целесообразности и ценности лесов.
4. С учетом концентрации лесосырьевых ресурсов (удельный вес деконцентрированных лесосек составляет 30-45%) наиболее эффективной является сортиментная технология на базе современных многооперационных машин.
Лесозаготовительное производство является сложным процессом, в котором взаимодействуют большое число факторов, в том числе случайных. К ним относятся таксационные характеристики насаждений, почвенно-грунтовые условия, рельеф местности, погодные условия и др. Чтобы оценить влияние всего многообразия воздействующих факторов, необходимо связать их с параметрами эффективности и решить полученные уравнения.
Технология лесосечных работ при заготовке сортиментов включает в себя валку и очистку деревьев от сучьев, раскряжевку хлыстов, сортировку, погрузку, разгрузку и штабелевку лесоматериалов.
Изучение процесса заготовки сортиментов при постепенных и выборочных рубках на отведенных для этого лесных площадях и разработка способов, которые позволяли бы получать лесоматериалы с наименьшими затратами труда и средств, является основной задачей технологии лесосечных работ. Сюда можно отнести выбор состава операций, отработку наиболее эффективных методов выполнения операций и приемов, рекомендации по взаимосвязи лесосечных операций между собой, лесосечных работ с лесоводственными требованиями.
Исследовать работу ЛЗМ при заготовке сортиментов на несплошных рубках можно путем натурных наблюдений. Для этого выбираются наиболее типичные условия эксплуатации соответствующих машин, затем производится поэтапное наблюдение за их работой с фиксацией внешних условий и оценочных параметров. Полученные на основе натурных экспериментов регрессионные уравнения описывают результаты в граничных условиях изменения переменных факторов [90].
Описание математической модели технологического процесса освоения лесосек для обоснования рациональной технологии
Математическую основу моделирования составляют уравнения, связывающие производительность ЛЗМ с параметрами древостоя и сортиментов, эксплуатационными характеристиками машин и со схемами разработки лесосек (делянок, пасек). Объектом исследования при построении математических моделей являются ВСРМ, бензиномоторная пила и форвардер.
Несплошные рубки главного пользования резко отличаются по условиям проведения от сплошных. При проведении равномерных постепенных и выборочных рубок возникает ряд сложностей и ограничений: необходимо обеспечить заготовку не произвольных, а конкретных деревьев, назначенных в рубку в соответствии с целями лесовыращивания и природой лесов; повреждения оставляемых на доращивание деревьев должны быть сведены к минимуму.
Приведенные лесоводственные требования достаточно хорошо описываются показателем доступности - возможностью подведения рабочих органов ВСРМ к вырубаемому дереву без повреждений оставляемой после рубки части древостоя. В соответствии с существующими лесоводственными требованиями [94,101] минимальный допустимый уровень вероятности доступности - 0,9. Кроме этого, снижение уровня доступности приводит к снижению степени механизации трудоемких лесосечных работ, увеличению материальных и трудовых затрат, и как следствие, к повышению себестоимости продукции.
Немаловажным является и ограничение по непродуцируемой площади. Согласно [94,101] площадь, отводимая под технологические коридоры, не должна превышать 15-25% от первоначально покрытой лесом площади.
Однако в связи с постоянным усложнением и высокой стоимостью лесосечных машин на первый план выдвигается проблема их эксплуатационной эффективности, важным показателем которой является производительность. С лесоводственной точки зрения значение доступности не должно быть ниже определенного уровня, а с технологической - доступность оказывает влияние на расстояния между стоянками, а значит и на производительность машин.
Таким образом, имеется ряд требований к проведению несплошных рубок манипуляторными машинами: выполнение ограничений по доступности, соблюдение ограничений по доле непродуцируемой площади, достижение максимальной производительности.
Задача выбора оптимальных технологических параметров процесса проведения несплошных рубок манипуляторными ВСРМ сводится к поиску оптимальных расстояний между рабочими позициями ВСРМ с учетом обработки пасеки (ленты) максимально возможной ширины (что соответствует двум максимальным вылетам манипулятора), обеспечивающим максимальную степень механизации, максимальную доступность деревьев, обеспечение лесоводственных требований и максимум производительности. Такой подход характерен для условий эксплуатации [110].
При несплошных рубках ввиду необходимости соблюдения ряда лесоводственных требований [94,101] ширину пасеки или ленты при работе ВСРМ по схеме, изображенной на рис. 3.2, б, 3.3, б следует принимать не менее 22-25 м, т.е. с учетом максимального вылета стрелы манипулятора и коэффициента его использования. Ширина пасеки, соответствующая лесоводственным требованиям для конкретного вида рубок может иметь значение, превышающее максимально возможное для обработки ВСРМ. В этом случае, необработанная харвестером часть полупасек может быть обработана бензиномоторной пилой (рис. 3.3, в). В этой связи, опять таки с целью повышения степени механизации и повышения эффективности работы ВСРМ требуется определить среднюю доступность деревьев на пасеке (или ленте, максимально возможной для рабочих органов ВСРМ ширины, соответствующей двум максимальным вылетам манипулятора) и затем установить оптимальное расстояние между рабочими позициями машины. В практических приложениях наряду с доступностью отдельного дерева используется понятие средней доступности на пасеке (ленте). В соответствии с существующими лесохозяйственными требованиями [94,101] при несплошных рубках допускается оставлять до 10% от намеченных к удалению из древостоя деревьев.
Принято считать, что деревья в древостое естественного происхождения расположены в случайных точках, которые в совокупности образуют пуассоновское поле [109]. При обработке площади F(pnc. 3.5, д) произвольной конфигурации вероятность того, что все намеченные в рубку деревья будут удалены, выражается интегралом [47,70,72,110]: — плотность распределения случайной величины х (расстояния от оси поворота манипулятора до оси дерева); Z— расстояние до наиболее удаленного дерева, м.
Для типичных схем удаления деревьев (рис. 3.5, д) с площади F с учетом пуассоновского характера распределения числа деревьев вероятность беспрепятственного подведения ЗСУ к очередному подлежащему рубке дереву Ре определится по формуле [47,70,72,110]: p gI-Mi.4 (3.9) где: х- расстояние до вырубаемого дерева, м; « — число деревьев на 1 м , шт/м2; т— ширина манипулятора с ЗСУ, м; dd- средний диаметр вырубаемого дерева, м.
Идентификация закона распределения
Исследования проводились в течение зимних и летних периодов 1996-1999, 2002 годов на участках в древостоях, предназначенных для рубок главного пользования. Таксационная характеристика участков приведена в таблице 4.1.
При выборе места проведения экспериментов исходили из того, что поч-венно-растительная и грунтово-гидрологическая характеристика местности должна соответствовать наиболее распространенным условиям работы лесозаготовительных предприятий Северо-Запада РФ.
Проводимый эксперимент носил пассивный характер. В этом случае уровни факторов в каждом опыте регистрируются исследователем. Роль экспериментатора сводится к фиксации входных и выходных величин, т.к. в реальных производственных условиях невозможно целенаправленно задавать уровни факторов.
В целях сравнения эффективности проведения равномерно — постепенных рубок различными технологиями и системами машин для заготовки сортиментов объектами исследований являлись: БП и многооперационные машины: машина для валки, очистки деревьев от сучьев и раскряжевки (ВСРМ) и форвар-дер.
Исследования проводились с целью оценки влияния природ непроизводственных условий на эффективность работы ЛЗМ. В этой связи требуется установить зависимости продол жител ьностей циклов и отдельных его элементов обработки деревьев машинами для заготовки сортиментов, определить производительность лесозаготовительных машин от основных природно-производственных факторов (порода, объем хлыста, длина сортиментов).
В ходе проведения экспериментов решались следующие задачи: нахождение наиболее значимых факторов и исключение других путем оценки коэффициентов корреляции между ними; получение эмпирических моделей связи между переменными; выявление законов распределения случайных величин; апробация методики моделирования технологического процесса работы машин для заготовки сортиментов; сравнительное исследование различных технологических процессов для заготовки сортиментов, включающее технологические, лесоводственные и экономические аспекты; сравнение результатов основных теоретических положений с данными экспериментальных исследований.
Исследования проводились по методике, включающей следующие этапы. 1. Сбор данных о лесосечном фонде. Изучение климатических, почвенно-грунтовых условий, режим работы лесозаготовительных машин, номенклатуру выпускаемой продукции. 2. Фотохронометражные наблюдения за работой лесозаготовительных машин с совместной записью размерно-качественных характеристик хлыстов и сортиментов. 3. Обработка вариационных рядов наблюдений методами математической статистики, регрессионного и дисперсионного анализов и оценка полученных результатов. При планировании эксперимента учитывалось действие факторов времени, местоположение предприятия и его природно-производственные условия.
Данные о лесосечном фонде использованы из таксационных описаний и сводных ведомостей; сортиментация и оценка лесосек, отведенных в рубку — по технологическим картам. Выбором места проведения исследований послужило наличие определенных условий сортиментнои заготовки леса: наличие дорог общего пользования, возможность вывозки лесоматериалов непосредственно во двор потребителей, наличие соответствующих лесозаготовительных машин для сортиментнои заготовки леса, выпуск предприятием определенного числа сортиментов.
Рассмотрим кратко работу исследуемых систем машин. Используются следующие системы машин: ВСРМ+форвардер, ВСРМ+(БП)+форвардер, БП+форвардер.
ВСРМ (типа «Тимберджек 1270 В» [130]) предназначена для валки, обрезки сучьев, раскряжевки хлыстов на сортименты. Механизм протаскивания для обрезки сучьев состоит из двух вальцов. Обрезка сучьев может производиться как с перемещением ствола через сучкорезные ножи, так и с перемещением харвестерного агрегата по обрабатываемому дереву и в большинстве случаев совмещается с раскряжевкой. Однако в некоторых случаях эти операции выполняются раздельно [3,100]. Например, при работе ВСРМ в режиме процессора (обработка предварительно поваленного дерева) обрезка сучьев может производиться от вершины к комлю. После этого хлыст опускается (бросается) на землю, агрегат поворачивается сучкорезными ножами в направлении вершины, и хлыст вновь захватывается, но уже за комель, после чего производится раскряжевка его на сортименты. В процессе раскряжевки может производиться одновременная сортировка и штабелевка лесоматериалов. Система отмера длин связана с бортовым микрокомпьютером. Машина имеет специализированное функциональное колесное шасси с формулой 6x6. Максимальный диаметр обрабатываемых деревьев в комлевой части не превышает 65 см. Раскряжевку хлыстов ВСРМ может производить в автоматическом режиме, задавая программу раскроя и индивидуальном. Техническая характеристика ВСРМ приведена в приложении 5.
Система, состоящая из БП и ТМ - здесь валка, обрезка сучьев и раскряжевка хлыстов производится вальщиком непосредственно у пня [3,36,100,108]. При заготовке сортиментов моторист поочередно выполняет валку, обрезку сучьев, раскряжевку и окучивание сортиментов. Каждый моторист, кроме бензопилы снабжается валочной лопаткой, самосматывающейся мерной лентой и двумя захватами для окучивания сортиментов. Работа производится следующим образом. После валки дерева моторист закрепляет конец мерной ленты за комель, и продвигаясь вдоль хлыста с левой его стороны производит обрезку сучьев. Мерная лента разматывается и показывает длину обработанной части хлыста для отрезки сортимента. После этого моторист рывком потягивает мерную ленту, тем самым, освобождая ее концевой фиксатор, и лента сматывается. Затем он поворачивает отрезанный сортимент и начинает обрезку сучьев на оставшейся части хлыста. При возвращении моторист обрезает сучья, которые находились на нижней стороне хлыста. Таким образом, за один проход вдоль хлыста от комля к вершине и обратно производится полная его обработка.
Если необходимо хлыст переместить по покату (подкладочному хлысту) в зону раскряжевки, то при продвижении вдоль хлыста от комля к вершине моторист обрезает сучья и надрезами сверху и снизу отмечает места раскряжевки. После обрезки сучьев хлыст по покату перекатывается кондаком, который совмещен с валочной лопаткой, в зону раскряжевки и разделывается на сортименты. Для облегчения процесса обрезки сучьев всегда стараются деревья валить на заранее подготовленный подкладочный хлыст. Это обеспечивает приподнимание обрабатываемого хлыста на 50-70 см над поверхностью земли. Мотористу при обрезке сучьев почти не приходится сгибаться.
Похожие диссертации на Обоснование рациональной технологии несплошных рубок при заготовке сортиментов многооперационными машинами
