19

I. Направленная валка деревьев

1.1 Способы направленной валки деревьев

Валка деревьев является первой основной операцией технологического процесса лесосечных работ. Правильное выполнение этой операции связано как с соблюдением правил охраны труда на лесосечных работах, так и с технологией выполнением работ. Одним из важных принципов правильной валки деревьев является выполнение направленной валки.

Направленная валка деревьев является одной из задач для правильного проведения технологии лесосечных работ и выполнения требований техники безопасности.

В зависимости от применяемых на валке деревьев машин и оборудования используются различные способы и механизмы для направленной валки. При спиливании деревьев бензиномоторными пилами направленная валка ведется, в основном, с применением валочной вилки, гидроклина и гидродомкрата, валочных лопаток и клиньев, изредка находят применение пневмоподушки (рис.1.1) и другие приспособления. В особых случаях, для направленной валки деревьев используются канаты. При машинной заготовке леса, направленная валка (рис.1.2) может производиться с помощью валочного рычага (валочно-трелёвочная машина ВМ-4А и валочная машина ВМ-4), за счет натяжения дерева манипулятором вверх и усилия, прикладываемого к пню рычагом домкрата (валочно-трелёвочная машина ЛТ-17А), только за счет натяжения дерева манипулятором (валочно-трелёвочные машины ЛП-49, ЛП-51 и др.). Направленная валка валочно-сучкорезно-раскряжёвочными машинами (харвестерами) производится с помощью манипулятора и гидроцилиндра поворота харвестерной головки в вертикальной плоскости. Валочно-пакетирующие машины производят направленную валку дерева после его спиливания, подъёма вверх и переноса. В этом случае валка дерева осуществляется путем поворота захватно-срезающего устройства (ЗСУ) с помощью гидроцилиндра (машина ЛП-19А и её модификации).

1.2. Определение эксплуатационных показателей дерева и действующих на него сил.

При проектировании приспособлений для направленной валки деревьев необходимо рассчитать размеры частей дерева и силы, действующие на него во время валки. Выделяют несколько факторов, оказывающих влияние на направленную валку дерева: угол наклона ствола к направлению валки, степень смещения кроны относительно оси ствола и наличие на ней снега, направление ветровой нагрузки по отношению к направлению валки, а также форма недопила, по центру которого происходит поворот дерева во время валки.

С целью упрощения дальнейших расчетов принимаются следующие допущения: форма ствола дерева в поперечном сечении представляет собой круг определенного диа­метра; поворот дерева в процессе валки происходит относи­тельно оси, расположенной на уровне плоскости спиливания посередине недопила; ствол не имеет кривизны, т.е. его ось прямолинейна; при повороте дерева на угол, обеспечивающий в дальнейшем его самостоятельное падение, расстояние от оси поворота до центров при­ложения расчётных нагрузок остаются постоянными (при отклонении дерева от вертикального положения не более чем на 10°).

Рис. 1.1. Основные способы направленной валки деревьев при спиливании их бензиномоторными пилами: а – валочной вилкой; б, в – валочной лопаткой; г – гидроклином; д – гидродомкратом; е – пневмоподушкой

Рис. 1.2. Механизмы для направленной валки деревьев лесосечных машин: а – валочным рычагом; б – натяжением манипулятора и воздействием домкрата; в – натяжением манипулятора; г – поворотом гидроцилиндра ЗСУ, после поднятия и переноса дерева

Рис.1.3. Основные размеры дерева и действующие на него силы при направленной валке

На рис. 1.3 приведена расчетная схема сил, действующих на дерево при его валке. Принятые обозначения на этой схеме следующие:

Н – высота дерева от плоскости спиливания;

L – длина ствола (длина хлыста);

Н_К – расстояние от плоскости спиливания до центра тяжести кроны;

D_K – диаметр кроны;

L_K – протяженность (высота) кроны;

Н_С – расстояние от плоскости спиливания до центра тяжести ствола;

Н_ОС – расстояние от плоскости спиливания до центра тяжести осадков;

Н_В – расстояние от плоскости спиливания до центра приложения ветровой нагрузки (до центра тяжести площади поперечного сечения кроны);

е_К – эксцентриситет центра тяжести кроны относительно продольной оси ствола;

H_D – расстояние от плоскости спиливания до наибольшего диаметра кроны;

D_1,3 – диаметр ствола на высоте груди (на высоте 1,3 м);

D – диаметр ствола в месте спиливания;

а – глубина подпила;

с – ширина недопила;

t – длина недопила;

α – угол наклона валочной вилки;

β – угол наклона оси ствола дерева (положительный при попутном наклоне с направлением валки, отрицательный – при обратном наклоне);

А – расстояние от плоскости спиливания до места приложения усилия валочного приспособления (например, валочной вилки);

Q_C – вес ствола с корой;

Q_K – вес кроны;

Q_OC – вес осадков (снега);

Р_В – ветровая нагрузка (сила ветра);

Р_Р – усилие рабочего, прикладываемого к валочной вилке;

М_Н – момент сопротивления при изгибе недопила;

В исходных данных для расчетов обычно задается величине диаметра дерева на высоте груди D_1,3, разряд высот или бонитет и порода дерева. Эти данные служат для определения эксплуатационных параметров дерева. По справочнику или таксационным таблицам определяются длина ствола (хлыста) L и его объем q_C в соответствии с диаметром D_1,3.

Общая высота дерева определяется с учётом вершины дерева

, м, (1.1)

где l_B – длина вершины дерева, l_B = 3­­ – 4 м.

Диаметр дерева в месте спиливания

, (1.2)

где K_K – коэффициент, учитывающий форму комля (табл. 1.1).

Т а б л и ц а 1.1

Значение коэффициента формы комля K_K

Порода дерева	KK
Липа, ольха, осина, ясень Пихта, сосна, берёза Бук, ель, кедр Лиственница Дуб	1,10 1,20 1,25 1,30 1,40

В практических расчетах приспособлений и механизмов для валки деревьев допускается принимать K_K = 1,2. Основные размеры элементов дерева и расстояния от их центров тяжести до плоскости спиливания определяются в зависимости от породы дерева и его высоты. Данные зависимости приведены в табл. 1.2.

Т а б л и ц а 1.2