1 Проектирование лесосечных работ

1.1 Выбор способа рубок и лесовосстановления

Для выбора способа рубок и лесовосстановления необходимо изучить типы леса и лесораститель­ных условий и возможные в этих условиях способы.

При краткосрочном лесопользовании способ рубок на отводимых в рубку лесосеках определяется лесхозами на основе результатов лесо­устройства.

При аренде на продолжительный срок (в нашем случае срок аренды составляет 81 год), когда интересы арендатора в древесине как сырье носят долгосрочный харак­тер, выбор способа рубок является актуальной проблемой. При этом наряду с лесозаготовками лесопользователь по договору аренды обязан заниматься также и лесовосстановлением. В этом случае его интересы состоят в том, чтобы суммарные затраты на лесосечные работы и на лесовосстановление были минимальными.

Для нашего проекта на лесозаготовках будут проводится сплошные рубки. В связи с этим будет достигаться самый высокий уровень производительности труда, следовательно затраты на лесозаготовки будут минимальными. Вследствие того, что на заготовке древесины используются многооперационные машины (харвесторы), и трелевка осуществляется в погруженном состоянии, то подрост будет сохраняться в достаточном для естественного возобновления количестве. Следствием выше сказанного является максимальное сокращение затрат на лесовосстановление. А это значит что суммарные затраты на лесосечные работы и на лесовосстановление будут минимальными. Следовательно, выбор данного способа рубок при соответствующем технологическом процессе и системе машин целесообразен и экономически выгоден.

1.2 Выбор комплекта машин для лесосечных работ. Описание технологического оборудования и приемов работы машин

Так как технологический процесс построен на вывозке сортиментов и годовой объем заготавливаемой древесины значительный, то на заготовке целесообразно использовать комплект машин, состоящий из двух механизмов: на валке валочно-сучкорезно-раскряжевочная машина (харвестер) и трелевочная машина (форвардер). Исходя из среднего объема хлыста, рельефа местности и почвенно-грунтовых условий выбираются следующие марки харвестера и форвардера. Обе машины фирмы Валмет: харвестер Валмет 901С, форвардер Валмет 840. Причиной выбора именно этих марок механизмов стало также то, что использование на валке и трелевке машин одной фирмы значительно облегчает вопросы комплектования запчастей и ремонта. Также два этих механизма обладают значительной производительностью и эргономичностью. Полностью исключается ручной труд, вследствие чего можно использовать двух- и трехсменные режимы работы, что скажется на уменьшении срока окупаемости машин.

Валочно-сучкорезно-раскряжевочная машина состоит из следующих узлов:

1 базовый трактор с колесным движителем

2 технологическое оборудование, гидроманипулятор

3 рабочий орган, харвестерная головка.

Основные узлы рабочего органа:

1 сучкорезная головка с ножами силового резания

2 вальцовый протаскивающий механизм

3 консольная цепная пила

Также в харвестерной головке вмонтировано колесо, по числу оборотов которого во время протаскивания дерева через сучкорезные ножи, определяется специальным датчиком длина сортимента. Бортовая ЭВМ считывает с датчика данные по длине и толщине бревен. Эти данные заносятся в память ЭВМ, а также выводятся на монитор оператора.

Основные приемы работы машины.

Оператор машины наводит рабочий орган на дерево, после чего производится зажим дерева зажимными рычагами. Чтобы легче срезать дерево необходимо натянуть ствол дерева вверх. После натяжки ствола производится направленная валка дерева и подтягивание его к машине с таким расчетом, чтобы в процессе очитки дерева от сучьев и раскряжевки сучья оставались на волоке, а куча сортиментов – возле него. Также машиной производится подсортировка выпиливаемых сортиментов.

Пакетировочно-трелевочная машина состоит из следующих узлов:

1 шарнирно-сочлененной рамы базовой машины

2 гидроманипулятора

3 стойки грузового отсека.

Основные приемы работы машины.

Оператор машины двигается по трелевочному волоку до куч сортиментов определенных групп сформированных харвестером. Затем грейфер гидроманипулятора наводится на сортименты, после чего осуществляется захват нескольких бревен, их перенос и укладка в грузовой отсек. Затем осуществляется грузовой ход машины до погрузочного пункта, где осуществляется разгрузка сортиментов с помощью грейферного захвата манипулятора с последующей штабелевкой.

1.3 Расчет арендуемой предприятием площади участков лесного фонда. Определение числа лесосек годичного лесофонда. Размещение их на карте УЛФ.

Площадь участков лесного фонда должна обеспечивать сырьем лесозаготовительное предприятие в течение всего срока аренды.

Арендуемая площадь S, м², лесного фонда определяется по формуле

, (1)

где: Q - годовой объем предприятия по заготовке и вывозке древесины, м³;

Zв - срок аренды лесного фонда (возраст рубки спелого древостоя можно принять: для ели и сосны - 81 г., для березы - 61, для осины -41);

f - коэффициент, учитывающий неэксплуатационные площади в участках лесного фонда (f = 1,1-1,2);

q_i - средний вырубаемый запас леса на 1 га, м³.

(2)

где: q - средний запас леса на 1м³;

k_i - коэффициент компонента, отно­шение объема вырубаемой (например, в первый прием постепенной рубки) или обрабатываемой (при заготовке с подсортировкой) древеси­ны ко всему объему древесины данной площади (в данном штабеле и т.д.).

q_i= 1×245=245 м³;

S=(10⁴×125000×81×1,1)/245=45459,18 га.

Длина и ширина участка лесного фонда определяется по формуле

, (3)

, (4)

Число лесосек годичного лесофонда находится по формуле

, (5)

где: S_Л – средняя площадь лесосек годичного лесофонда, га.

Z_Л=(10⁴×125000)/(1000000×245)=5 шт.

Срок примыкания лесосек в нашем случае будет равен 3 годам, а способ примыкания – непосредственный.

1.4 Выбор схемы размещения волоков на лесосеке и движения по ней лесозаготовительных машин

Лесосека будет разрабатываться челночными ходами перпендикулярно лесовозному усу без холостых ходов. Харвестер после разработки зоны безопасности начинает разработку первой ленты, двигаясь от лесовозного уса со спиливанием деревьев заподлицо с землей на трелевочном волоке и образованием куч сортиментов вдоль волока. Дойдя до конца делянки, машина разворачивается и приступает к разработке второй ленты, двигаясь к лесовозному усу. Таким способом осуществляется разработка всей лесосеки.

1.5 Расчет оптимальной площади делянок, тяготеющих к одному погрузочному пункту

Удельные затраты на трелевку леса определяются по формуле

, (6)

где: С_т - стоимость машино-смены на трелевке;

П_см - сменная производительность ТМ, м³;

М - объем трелюемой пачки, м³;

m - число часов в смене;

φ₁ - коэффици­ент использования времени смены (φ₁= 0,75-0,85);

∑t - суммарное время на формирование пачки, ее погрузку и разгрузку, маневры маши­ны на лесосеке и погрузочном пункте в расчете на одну пачку, с;

v_ср - средняя скорость ТМ при движении в грузовом и холостом направлениях, м/с;

l - среднее расстояние трелевки, м.

(7)

где: К₀ - коэффициент удлинения трелевочных волоков, представляю­щий собой отношение фактической протяженности волока к его длине по прямым (К₀⁼ 1,1-1,4);

Б - ширина делянки, м;

А - длина делянки (расстояние между ПП), м;

К₁, К₂ - коэффициенты, зависящие от схе­мы расположения волоков на лесосеке.

Ориентировочная стоимость машино-смены зарубежного оборудования может быть определена из следующего соотношения

(8)

где: С_о - стоимость машино-смены отечественного оборудования, р.;

Ц_з – цена приобретения зарубежного оборудования, р.;

Ц_о – цена приобретения отечественного оборудования, р.;

Суммарное время на формирование пачки, ее погрузку и разгрузку, маневры маши­ны на лесосеке и погрузочном пункте в расчете на одну пачку определяется по формуле

∑t = (t₁₁×n₃)+(t₂×n₄)-t₂+t₅+t₈+t₉+t₁₀, (9)

где: t₁₁ – время на поворот манипулятора, наведение клещевого захвата, захват сортиментов, доставку их в грузовой отсек, с;

t₂ – время перехода машины на смежную рабочую позицию, с;

t₅ – время на разгрузку пачки, с;

t₈, t₉ – время движения трелевочной машины соответственно в холостом и грузовом направлениях, с;

t₁₀ – время маневров машины на лесосеке и на погрузочном пункте, с;

n₃ – число циклов захвата и погрузки сортиментов при наборе пачки с помощью манипулятора;

n₄ – число рабочих позиций при формировании пачки.

(10)

(11)

где: l_хх, l_гх – расстояние перемещения трелевочной машины при движении соответственно в холостом и грузовом направлениях, равное среднему расстоянию трелевки, м;

v_хх, v_гх – скорость движения трелевочной машины соответственно в холостом и грузовом направлениях, м/с.

t₈ = 275/0,5 = 550 с,

t₉ = 275/1,3 = 212 с.

(12)

(13)

где: Q – объем лесоматериалом, захватываемый и укладываемый в грузовой отсек с помощью манипулятора за один прием, м³;

а – расстояние между смежными рабочими позициями, м;

b – ширина ленты леса, обрабатываемая ВСРМ, м;

q – запас леса на 1 га, м³/га.

n₃ = 14/0,7 = 20

n₄ = 10⁴×14/9×18×245 = 4

∑t = (40×20)+(15×4)-15+800+550+212+200 = 2607 с.

l =1,1(250×0,5+250×0,5)=275 м.

Удельные затраты на строительство, содержание и разборку лесовозного уса или ветки определяются по формуле

(14)

где: С_у – стоимость строительства, содержания и разборки одного погонного метра уса, р/м³;

f – коэффициент, учитывающий наличие неэксплутационных площадок в тяготеющей к усу площади;

p - коэффициент удлинения уса.

Удельные затраты на обустройство погрузочных пунктов определяются по формуле

(15)

где: С_п – затраты на обустройство одного погрузочного пункта.

Таким образом суммарная стоимость затрат приходящаяся на 1 м³, стрелеванной древесины, складывается из удельных затрат

С = 65,26+17,46+0,78 = 83,50 р.

Оптимальные значения lу рассчитываются по формуле:

(16)

При подстановке получим:

Применяя метод сканирования, принимаем значение l_у=1000 м, получаем после подстановки 84882,29>0. При l_у=900 м получаем -98327,22<0. При l_у=950 м получаем -9264,38<0. Таким образом, оптимальные размеры l_у находятся в пределах 950-1000 м. Примем l_у=1000 м, соответствующее размерам квартальной сетки.

Оптимальное расстояние между погрузочными пунктами находится по формуле:

, (17)

=63 м.

При значениях l_у=1000 м и А=63 м среднее расстояние трелевки будет равно

l_ср =1,1(1000×0,5/2+63×0,5)=309,65 м.

Число погрузочных пунктов или число делянок определяется по формуле:

(18)

где: L_п – длина лесосеки, м.

Точное значение расстояния между погрузочными пунктами будет равно А=1000/16=62,5 м.

1.6 Проверка возможности реализации нормативной нагрузки на рейс трелевочной машины

Касательная сила тяги машины при транспортировке сортиментов находится по формуле:

(19)

где: N – мощность двигателя машины, кВт;

η – КПД трансмиссии;

v – скорость машины на второй передаче, м/с.

Сила тяжести перемещаемого груза определятся по формуле:

(20)

где: G_м – сила тяжести машины, кН;

μ_к – коэффициент сопротивления движения колесного шасси в летний период;

ά – угол подъема волока к горизонту.

Объем трелюемой пачки определяется из выражения:

(21)

где: γ – плотность древесины, кг/м³;

g – ускорение свободного падения м/с².

Проведем сравнение касательной силы тяги с силой сцепления ходовой части машины с волоком, которую определим по формуле:

(22)

где: φ_сц – коэффициент сцепления ходовой части трактора с поверхностью волока.

63,23>37,94 – то есть условие соблюдается.

1.7 Выявление резервов роста или необходимости снижения норм выработки

Часовая производительность валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины определяется по формуле:

(23)

где: А – объем единицы готовой (обработанной или перемещенной) продукции (пачка деревьев, хлыст, сортимент и т.д.), м³;

Т – время на обработку или перемещение единицы продукции, с.

(24)

где: t_д.п. – время доставки манипулятором валочно-сучкорезно-раскряжевочной головки к дереву, захвата, сталкивания дерева с пня и подтаскивания его к месту обработки, с;

t_пр – время протаскивания дерева через сучкорезные ножи, с;

t_р – время спиливания и раскряжевки, с;

t_п.р. – время перехода между рабочими позициями (пачками) в расчете на одно дерево, с;

t_п.л. – время перехода между лентами в расчете на одно дерево, с;

d – средний диаметр ствола, м;

П_ч.п. – производительность чистого пиления цепной пилы ВСРГ, м²/с;

φ_ч.п. – коэффициент использования производительности чистого пиления;

n_п – число пропилов при раскряжевке, включая спиливание;

v_п – скорость протаскивания дерева при обрезке сучьев через ВСРГ, м/с;

v – скорость движения ВСРМ по лесосеке, м/с;

L_л – длина ленты, м;

Δ – ширина обрабатываемой пасеки, м;

с – расстояние перехода между лентами, м.

Сменная производительность будет равна:

(25)

Часовая производительность механизма на трелевке будет равна:

Следовательно, сменная производительность будет равна:

1.8 Выбор структуры бригад. Определение потребного количества оборудования и рабочей силы для лесозаготовительной бригады и погрузочного звена.

Наибольшее распространение на лесосечных работах нашла бригадная форма организации труда. В нашем случае комплексная бригада состоит из двух механизмов обладающих почти одинаковой производительностью и работающих в двухсменном режиме. Ведущей машиной в бригаде является валочно-сучкорезно-раскряжевочная машина Валмет 901С, как наиболее дорогостоящая с нормой выработки 230 м³.

Суточное задание на бригаду определится из выражения

(26)

где: Н_в – норма выработки ведущей машины, м³;

К_с – коэффициент сменности ведущей машины;

К_п – коэффициент перевыполнения нормы выработки;

п_в – число ведущих машин в бригаде.

Потребное количество машин и рабочей силы в лесозаготовительной бригаде представлено в таблице 1.

Таблица 1 – Потребное количество машин и рабочей силы в лесозаготовительной бригаде

Операция	Машина	Суточное задание бригады, м3	Норма выработки, м3	Потребное число машино-смен	Коэффициент сменности	Число машин		Число рабочих
						по расчету	принято	на одну машину	в бригаде
Валка, обрезка сучьев, раскряжевка	Валмет 901С	529	230	2,3	2	1,15	1	1	2
Трелевка	Валмет 840	529	124	4,3	2	2,15	2	1	4
Всего							3		6