Введение
В настоящее время в лесозаготовительной и лесоперерабатывающей промышленности происходят значительные структурные и качественные изменения. Эти процессы направлены на разработку и создания комплексной, ресурсо- и энергосберегающий технологии лесопромышленного производства получения наиболее качественных и, следовательно, более дорогостоящих лесоматериалов. Современное лесозаготовительное предприятие представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из совокупности оборудования, технологий, материальных ресурсов и средств управления.
Любые технологические процессы неразрывно связаны с машинами и оборудованием, выполняющие их. Для создания этой техники и квалифицированной ее эксплуатации необходимы знания технологии лесопромышленного производства, предмета труда и условий, в которых она будет работать.
1. Проектирование хлыстовой заготовки
1.1 Выбор схемы технологического процесса и системы машин
Эффективность процесса лесозаготовок может быть достигнута при соответствующей организации работ с учетом природно-производственных условий.
При организации лесозаготовок большое влияние оказывает правильный подбор системы лесозаготовительных машин и механизмов.
Можно выделить следующие принципы формирования систем машин:
упрощение структуры системы, т. е. формирование системы из минимального числа типов машин;
обеспечение надежности функционирования системы путем формирования звеньев из нескольких машин, выполненных на одной базе;
согласование производительности звеньев машин, выполняющих различные операции технологического процесса, посредством выбора соответствующих значений управляемых параметров;
обеспечение полной загрузки каждой машины, входящей в систему.
Основными факторами, определяющими природно-производственные условия, являются: производственная программа участка, размер лесосек, рельеф местности, крупно мерность и породный состав лесонасаждения, наличие жизненного подроста, почвенно-грунтовые условия.
Учитывая отечественный и зарубежный опыт создания и эксплуатации систем машин для лесосечных работ, можно предложить, как вариант, системы, состоящие из следующих основных машин:
Валка деревьев машиной ЛП-19:
- трелевка ЛП-18Г,
- обрезка сучьев.
ЛП-33А, раскряжевка ЛО-70, погрузчики ЛТ-188 и ЛТ-72А.
1.2 Определение среднего расстояния трелевки
Лесосекой называется часть лесосечного фонда, выделенная для лесозаготовок и ограниченная в натуре по размерам, установленным правилами рубок с учетом лесохозяйственных требований. В соответствии с действующими правилами рубок размеры лесосек при проведении сплошных рубок устанавливаются в зависимости от категорий лесов, лесорастительных условий и преобладающих пород. Лесосека характеризуется шириной и глубиной.
Как правило, лесосека разбивается на секции. Секцией называется участок лесосеки, тяготеющий к одной погрузочной площадке. При проектировании лесосечных работ студент должен разбить лесосеку на секции и установить такой способ примыкания лесовозного уса (боковой, центральный (с разбивкой лесосеки на две половины)), чтобы среднее расстояние трелевки не превышало 300 м для гусеничных и 500-700 м для колесных машин. Определяя схему расположения, протяженность волоков, число погрузочных пунктов, необходимо ориентироваться на нормативные площади, допускаемые под эти объекты. В соответствии с нормативными документами технические и бытовые объекты (погрузочные площадки, склады) размещаются на площадях, свободных от подроста. При этом эти объекты должны занимать от обшей площади лесосеки свыше 8 га не более 5% при сплошных рубках, 4% при постепенных и сплошных с сохранением подроста., 3% при выборочных. На лесосеках площадью менее 8 га погрузочные пункты могут занимать не более 0,4 га площади при сплошных, 0,3 - постепенных, 0,25 - выборочных рубках. Общая площадь волоков не должна превышать 20% при рубках без сохранения подроста, 15% при рубках с сохранением подроста. При использовании агрегатной техники допускается площадь волоков до 30%. Ширина волоков принимается: для пасечного – З м. для магистрального -5 м. Размеры погрузочной площадки составляют 30x30 м при работе погрузчиков и лесоштабелеров, 30x60 м при работе на погрузочном пункте сучкорезных машин. Связь среднего расстояния трелевки с размерами лесосеки может быть выражена формулой:
Где
к1,
к2
-
коэффициенты, зависящие от схемы
расположения трелевочных волоков на
лесосеке (приложение А);
-
ширина
и глубина лесосеки, м;
,
;
-
коэффициент удлинения трелевочных
волоков, зависящий от рельефа,
=1,05...1,40.
Где
- количество погрузочных пунктов на
участке
.
;
1.3 Расчёт сменной производительности лесозаготовительных машин.
1.3.1 Расчёт сменной производительности валочно-пакетирующей машины манипуляторного типа ЛП-19
Псм=
Где
–
продолжительность смены, с. (Т=28800с);
Псм = (28800 - 2500) * 0,9 * 2 * 25 * 230 ч (60 + 40 * 2 * 25 * 230/0.6) = 355,022 м3/смена
1.3.2 Расчет сменной производительности трелевочной машины ЛП-18Г
Где
- средний объем трелюемой пачки, м3;
-
число рейсов трактора за смену;
-
-
коэффициент использования рабочего
времени смены (
=0,90).
а) по мощности двигателя или по касательной силе тяги:
Где
- касательная сила тяги, Н;
-
сила веса трактора, Н
;
-
коэффициент сопротивления движению
машины 0,05-0,2,
=0,15;
-
коэффициент сопротивления движению
хлыстов или деревьев 0,5-0,7,
=0,5;
-
величина подъема и спуска в тысячных
;
-
коэффициент распределения нагрузки
между машиной и волоком
Касательная сила тяги может быть определена по формуле:
Где
- мощность
двигателя,
кВт
.
-
коэффициент
полезного действия трансмиссии,
.
-
скорость
движения машины в грузовом направлении,
км/ч применяется на первой передачи
б) по сцеплению машины с грунтом:
Где
- коэффициент сцепления трактора грунтом:
-
для зимы
-
для лета
в) по грузоподъемности машины:
Где
- допустимая нагрузка на ходовую часть
(щит) машины,
кН;
г) по допустимому давлению на грунт
Где
- допускаемое удельное давление на
грунт(кгс/см2);
-
давление трактора на грунт (кгс/см2).
Вес пачки, которую может трелевать машина, равен меньшей из величин . По подсчитанному весу трелюемой пачки может быть определен ее объем, пл. м3.
Где
–
сила веса кроны, Н.
Составляет
15…..30% от общего веса пачки
-
средневзвешенный объёмный вес древесины,
Н/м3
Где
–
доля участия i-ой
породы в насаждении;
-
объёмный вес i-ой
породы, Н/м3
-
коэффициент использования расчётного
объёма рейсовой нагрузки,
,
Количество рейсов машины в смену определяется по формуле:
Где
–
продолжительность смены, с. (Т=28800с).
-
подготовително-заключительное время
на смену, с (tпз=2800с).
–
время
движения трактора в порожнем направлении,
с;
– время,
затраченное на набор пачки, при трелевке
подборщиками пачек
принимаем
–
время
движение в грузовом направлении, с;
–
время
разгрузки пачки, с; при работе подборщиками
пачек
;
.
Где
-
скорость движение машины в порожняковом
направлении, м/с
-
скорость движения машины в грузовом
направлении, м/с
;
Полученные значения подставим:
Полученные значения подставим:
1.3.3 Сменная производительность сучкорезной машины ЛП-33А
Где
–
время на отделения ствола древа из
штабеля и закладка комля в зажим ной
механизм машины, с (
)
–
длина
протяжки зажимаемой части хлыста, м
(
);
–
длина
хлыста, м (
);
–
средняя
скорость перемещения каретки
протаскивающего механизма, м/с (
).
- коэффициент использования рабочего времени смены ( =0,80);
- коэффициент использования расчётного объёма рейсовой нагрузки.
– продолжительность
смены, с. (Т=28800с);
-
подготовително-заключительное время
на смену, с (
);
–
средний
объём хлыста, м3
.
1.3.4 Производительность лесопогрузчика типа ЛТ-188
Где:
- коэффициент, учитывающий неравномерность поступления лесовозного транспорта под погрузку,
–
средний
объём погружаемой пачки, м3
(
);
–
продолжительность
цикла погрузки одной пачки:
Где
и
–
время движения погрузчика с пачкой и
без пачки:
Где
–
путь перемещения погрузчика, м (
);
–
средняя
скорость движения погрузчика, м/с (
);
и – время захвата и укладка пачки (принимается равным 120–150с):
с,
.
1.4 Выбор организационной формы лесосечных работ, определение потребного количества основного оборудования
В данном проекте используется одна комплексная бригада, состоящая из трех звеньев: валка затем трелёвка и обрезка сучьев, а так же используется отдельное звено: погрузка, это связано с неравномерностью подъезда под погрузку лесотранспортных машин.
Определение потребного количества основного оборудования для комплексной бригады.
Где
– производительность механизма i-ой
операции;
–
число
механизмов занятых на i-ой
операции;
-
сменность на i-ой
операции.
Выработка на отдельных операциях при проведении основных работ.
а) валка:
Сменность
операции принимаем
Число механизмов принимаем 2
б) трелевка:
Сменность
операции принимаем
Число
механизмов принимаем
в) обрезка сучьев:
Сменность
операции принимаем
Число
механизмов принимаем
г) погрузка:
Сменность
операции принимаем
Число
механизмов принимаем
Суточное задание комплексной бригады определяется:
Где
– минимальная выработка машин на одной
операции, с учётом их числа;
–
максимальная выработка машины.
Таблица 1 –Потребное количество основного оборудования и рабочих для комплексной бригады:
Наименования работ |
число смен работы в сутки |
суточное или сменное задания бригады |
производительность механизма |
число рабочих |
марка механизма |
потребное количество работающих механизмов |
|||
по норме |
фактически принятых |
||||||||
Валка |
1 |
600 |
355 |
11,7 |
2 |
ЛП-19 |
2 |
||
Трелевка |
31 |
600 |
103 |
3 5,83 |
6 |
ЛП-18Г |
6 |
||
Обрезка сучьев |
11 |
600 |
256 |
О2,34 |
2 |
ЛП-33А |
2 |
||
Погрузка |
1 |
600 |
204 |
22,94 3 |
3 |
ЛТ-188 |
3 |
||
Определяем комплексную норму выработки для комплексной бригады.
Где
– число рабочих по норме в бригаде.
Затем определяем фактическую выработку на чел. день.
Где
–
число рабочих фактически.
Определяем процент выполнения норм выработки
1.5 Расчет потребного количества бригад и мастерских участков
Потребное количество комплексных бригад для выполнения производственного задания определяется по формуле:
Где N – число рабочих дней в году;
Qгод- годовое производственное задание, по хлыстовой заготовке, м3;
n - число лесосек, разрабатываемое за год всеми бригадами;
-
количество бригад, одновременно
работающих в одной лесосеке;
t - время на перебазировку из одной лесосеки в другую, t=0.5 дня.
Число лесосек, разрабатываемых предприятием ежегодно, составляет
Где Sл – площадь одной лесосеки, га
М - запас древесины, м3 на 1 га.
;
.
Принимаем количество комплексных бригад 3.
1.6 Описание технологического процесса лесосечных работ
В подготовительные работы включают в себя: прием лесосечного фонда, растёска границ лесосек и волоков затесками, подготовка фронта погрузки для передвижных погрузочных механизмов (при работе без постоянных погрузочных пунктов), разрубка трасс лесовозных дорог.
Технологический процесс основных работ: валка осуществляется валочно-пакетирующей машиной, делянка разрабатывается широким фронтом, когда вальщик идет в глубь леса от погрузочного пункта, то валит и укладывает деревья перед собой под углом к волоку. После того как вальщик отойдет на безопасное расстояние (примерно 50 м показано на схеме разработки технологической карты) начинается трелевка, она осуществляется машиной ЛП-18Г, которая подъезжает к комлевой части дерева производит выравнивание комлевой части пачки щитом, затем опускает захватное устройство захватывает пачку зажимает ее поднимает ее (при транспортировки пачка древесины упирается в щит, пачка деревьев трелюется к погрузочному участку где происходит обрезка сучьев машиной ЛП- 33. Для укрепления волока машина ЛП-18Г на погрузочном пункте захватывает сучки и выбрасывает на волок, для избегания пробуксовки по сухому грунту при трелевке. После чего происходит погрузка хлыстов с помощью ЛТ-188 в лесовоз и непосредственная его транспортировка к месту разгрузки.
Для беспрерывной работы основных рабочих, осуществляются все необходимые вспомогательные работы.
Проектирование сортиментной лесозаготовки.
2. Основные работы
2.1 Выбор схемы технологического процесса и системы машин
Эффективность процесса лесозаготовок может быть достигнута при соответствующей организации работ с учетом природно-производственных условий. При организации лесозаготовок большое влияние оказывает правильный подбор системы лесозаготовительных машин и механизмов.
Можно выделить следующие принципы формирования систем машин:
упрощение структуры системы, т. е. формирование системы из минимального числа типов машин;
обеспечение надежности функционирования системы путем формирования звеньев из нескольких машин, выполненных на одной базе;
согласование производительности звеньев машин, выполняющих различные операции технологического процесса, посредством выбора соответствующих значений управляемых параметров;
обеспечение полной загрузки каждой машины, входящей в систему.
Основными факторами, определяющими природно-производственные условия, являются:
- производственная программа участка,
- размер лесосек,
- рельеф местности,
- крупная мерность
- породный состав лесонасаждения,
- наличие жизненного подроста,
- почвенно-грунтовые условия.
Учитывая отечественный и зарубежный опыт создания и эксплуатации систем машин для лесосечных работ, можно предложить, как вариант, системы, состоящие из основных машин.
2.2 Определение среднего расстояния трелёвки
Связь среднего расстояния трелевки с размерами лесосеки может быть выражена формулой:
Где к1, к2 - коэффициенты, зависящие от схемы расположения трелевочных волоков на лесосеке;
- ширина и глубина лесосеки, м; , ;
- коэффициент удлинения трелевочных волоков, зависящий от рельефа, =1,05...1,40.
Где - количество погрузочных пунктов на участке .
2.3 Расчёт сменной производительности лесозаготовительных машин
2.3.1 Производительность на валке машиной ЛП-19
Псм=
Где – продолжительность смены, с. (Т=28800с);
К - коэффициент использования моторной пилы непосредственно на пиление,
К=0,25…0,45;
- средний объем хлыста, м3;
Тц- время на обработку одного дерева, с.
Время цикла Тц определяется по формуле:
Где tс - время срезания дерева;
kс-коэффициент, учитывающий затраты времени на сталкивание дерева с пня, переход от дерева к дереву и подготовку дерева к валке.
Псм = (28800 - 2500) * 0,9 * 2 * 25 * 230 ч (60 + 40 * 2 * 25 * 230/0.6) = 355,022 м3/смена.
2.3.2 Сменная производительность трелевочной машины ЛП-18Г
Где - средний объем трелюемой пачки, м3;
- число рейсов трактора за смену;
- коэффициент использования рабочего времени смены ( =0,90)
а) по мощности двигателя или по касательной силе тяги:
Где: - касательная сила тяги,
Н; - сила веса трактора,
Н ,
- коэффициент сопротивления движению машины 0,05-0,2,
=0,15,
- коэффициент сопротивления движению хлыстов или деревьев 0,6-0,7,
=0,4;
-
величина подъема и спуска в тысячных
;
- коэффициент распределения нагрузки между машиной и волоком
Касательная сила тяги может быть определена по формуле:
Где - мощность двигателя, кВт .
- коэффициент полезного действия трансмиссии, .
- скорость движения машины в грузовом направлении, км/ч применяется на первой передачи
б) по сцеплению машины с грунтом:
Где
- коэффициент сцепления трактора грунтом,
для зимы
для лета
в) по грузоподъемности машины:
Где - допустимая нагрузка на ходовая часть (щит) машины, кН;
г) по допустимому давлению на грунт:
Где - допускаемое удельное давление на грунт(кгс/см2);
- давление трактора на грунт (кгс/см2).
Вес пачки, которую может трелевать машина, равен меньшей из величин .
По подсчитанному весу трелюемой пачки может быть определен ее объем, пл. м3.
Где – сила веса кроны, Н. Составляет 15…..30% от общего веса пачки
- средневзвешенный объёмный вес древесины, Н/м3:
Где – доля участия i-ой породы в насаждении;
- объёмный вес i-ой породы, Н/м3
- коэффициент использования расчётного объёма рейсовой нагрузки,
Количество рейсов машины в смену определяется по формуле:
Где – продолжительность смены, с. (Т=28800с).
- подготовительно-заключительное время на смену, с (tпз=3600с).
– время движения трактора в порожнем направлении;
– время, затраченное на набор пачки, при трелевке подборщиками пачек принимаем
– время движение в грузовом направлении;
– время разгрузки пачки, с; при работе подборщиками пачек
;
Где - скорость движение машины в порожняковом направлении, м/с.
- скорость движения машины в грузовом направлении, м/с
;
Полученные значения подставим:
Полученные значения подставим:
2.3.3 Сменная производительность лесопогрузчика ЛТ-72
Где
-
коэффициент, учитывающий неравномерность
поступления лесовозного транспорта
под погрузку (
=0,75
- 0,80);
0.8
–
средний
объём загружаемого сортимента,
=0,35
м3;
– продолжительность цикла погрузки одной пачки.
Где и – время перемещения манипулятора штабелера с пачкой и без пачки:
и – время захвата и укладка пачки, с
2.3.4 Сменная производительность сучкорезно-раскряжевочных машин ЛО-70
Выработка машин ЛО-120 зависит от среднего объема хлыста, длины выпиливаемых сортиментов и определяется по формуле:
Где:
tц- затраты времени на раскряжевку одного хлыста, с (105с).
м3/см.
Принимаем табличное Псм=69 м3/см.
2.4 Выбор организационной формы лесосечных работ, определение потребного количества основного оборудования и рабочих
В данном проекте используется одна комплексная бригада, состоящая из двух звеньев: заготовка сортиментов, вывозка сортиментов, а так же используется отдельное звено: погрузка, это связано с неравномерностью подъезда под погрузку лесотранспортных машин. Определение потребного количества основного оборудования для комплексной бригады.
Где:
– производительность механизма i-ой операции;
– число механизмов занятых на i-ой операции;
- сменность на i-ой операции.
Выработка на отдельных операциях при проведении основных работ.
а) заготовка сортиментов:
Сменность операции принимаем
Число
механизмов принимаем
б) трелевка сортиментов:
Сменность операции принимаем
Число
механизмов принимаем
г) погрузка:
Сменность операции принимаем
Число механизмов принимаем
Суточное задание комплексной бригады определяется:
Где – минимальная выработка машин на одной операции, с учётом их числа;
– максимальная выработка машины.
Таблица 2 –Потребное количество основного оборудования и рабочих для комплексной бригады:
наименования работ |
число смен работы в сутки |
суточное или сменное задания бригады |
производительность механизма |
число рабочих |
марка механизма |
потребное количество работающих механизмов |
|||
по норме |
фактически принятых |
||||||||
Валка |
1 |
204 |
355 |
10,7 |
3 1 |
ЛП-19 |
1 |
||
Трелевка |
1 |
204 |
103 |
32,33 |
22 |
ЛП-18Г |
2 |
||
Обрезка сучьев + раскряжевка |
1 |
204 |
256 |
30,94 |
11 |
ЛО-70, ЛП-33А |
1 |
||
Погрузка |
1 |
204 |
204 |
11,2 |
31 |
ЛТ-72 |
1 |
||
Определяем комплексную норму выработки для комплексной бригады.
Где – число рабочих по норме в бригаде.
Затем определяем фактическую выработку на чел. день.
Где – число рабочих фактически.
Определяем процент выполнения норм выработки:
2.5 Расчет потребного количества бригад и мастерских участков
Потребное количество комплексных бригад для выполнения производственного задания определяется по формуле:
Где N – число рабочих дней в году;
Vгод- годовое производственное задание, по сортиментной заготовке, м3;
n - число лесосек, разрабатываемое за год всеми бригадами;
- количество бригад, одновременно работающих в одной лесосеке;
t - время на перебазировку из одной лесосеки в другую, t=0.5 дня.
Число лесосек, разрабатываемых предприятием ежегодно, составляет
Где Sл – площадь одной лесосеки, га.
М - запас древесины, м3 на 1 га.
,
.
Принимаем количество комплексных бригад 3 для выполнения производственного задания.
3. Подготовительные работы
К категории подготовительных работ относятся работы, связанные с подготовкой лесосек и строительство лесовозных усов. Они осуществляются с целью создания необходимых условий для успешного выполнения основных производственных процессов.
В состав подготовительных работ входят: осмотр и прием лесосечного фонда, подготовка лесосек для безопасной работы, растеска границ пасек и волоков, подготовка магистральных трелевочных волоков, устройство погрузочных пунктов и монтаж оборудования, подготовка места для стоянки машин и механизмов, устройство пунктов технического обслуживания и мелкого ремонта, оборудование места для хранения ГСМ, изыскание и строительство усов лесовозных дорог.
Подготовительные работы выполняются специальными бригадами. Объем подготовительных работ вычисляется умножением объема отдельных видов работ на одной лесосеки на количество лесосек, разрабатываемых в течении года.
Все расчеты по определению годового объема подготовительных работ и трудозатрат сводятся в таблицу. Нормы выработки берутся из приложения.
Приемка лесосечного фонда:
Где Sгод – площадь годового лесосечного фонда, м2;
H1 - норма выработки на перечет деревьев на 1 чел. день, м2.
Для хлыстовой и сортиментной заготовки:
м2.
Подготовка лесосек к работе.
Для хлыстовой и сортиментной заготовки
H2 - норма выработки на подготовку лесосек к работе на 1 м2.
H2=16000 м2 при запасе на 1 м2 от 0,0151 до 0,025 м3.
Прорубка граничных визиров:
Где l1 – протяженность визиров на разрабатываемой лесосеке;
n – количество лесосек, разрабатываемых в год всеми бригадами;
Н3 – норма выработки на прорубку визиров, 1чел-день, м.
Для хлыстовой и сортиментной заготовки:
Подготовка магистральных трелевочных волоков:
Где:
l2 – протяженность трелевочных волоков на разрабатываемой лесосеке, м;
Н4 – норма выработки подготовки волоков на 1чел-день, м.
Для хлыстовой и сортиментной заготовки:
Устройство погрузочных пунктов:
Где nn - число погрузочных пунктов на разрабатываемой лесосеке;
Н5 – норма выработки на устройство погрузочной площадки, чел. день.
Для хлыстовой и сортиментной заготовки:
