лесосечные работы

Рис. 3.32. Виды пнево-корневой системы а) стержневая (сосна); б) поверхностная (ель)

Рис. 3.33. Машины для очистки лесосек от пней: а – корчеватель с пассивным рабочим органом: 1 – зубья; 2 – рама; 3 – отвал; б – фрезерного типа: 1 – фреза; 2 – штанга

3.8.4. Производство щепы из порубочных остатков

Вовлечение в переработку малоценной и низкокачественной древесины, порубочных остатков лесозаготовок считается перспективным направлением комплексной утилизации всей заготавливаемой фитомассы древесины. В практике лесозаготовок известны следующие основные направления: переработка в условиях лесосеки, промежуточном складе, лесопромышленного склада.

Перевозка лесосечных отходов за пределы предприятия даже на небольшие расстояния невыгодно в связи с большой трудностью выполнения погрузочно-разгрузочных и складских работ, сложностью их механизации, малой степенью использования грузоподъемности подвижно-

121

го состава. Наиболее целесообразно перерабатывать их на месте получения и отправлять получаемую продукцию на соответствующие предприятия для использования в качестве исходного сырья.

Для использования древесных отходов чаще всего требуется их измельчение, т.е. получение щепы. Основным оборудованием для этой цели являются рубильные машины.

Процесс получения щепы в рубильных машинах основан на ножевом (или резцовом) резании древесины в продольно-торцово- поперечном, продольно-торцовом или в других направлениях по отношению к волокнам древесины.

Выбор направления резания древесины зависит от характеристики исходного сырья, его размеров, качества и требований, предъявляемых к качеству щепы.

В соответствии с видом сырья, подвергаемого рубке на щепу, требованиям к щепе разработаны разные рубильные машины, отличающиеся такими признаками, как мобильность, тип рабочего органа, вид и количество режущего инструмента, способ и направление подачи древесного сырья, форма загрузочных устройств, способ отбора щепы, вид энергии, используемой для привода рабочего органа.

Для получения щепы в условиях лесосеки используются передвижные рубительные машины (самоходные или прицепные), получаемая щепа, в основном, является топливной, и, реже, используется для производства плитных материалов (ДВП, ДСтП и пр.).

Рубительная машина (рис. 3.34) устанавливается, обычно, на верхнем складе, получаемая щепа по щепопроводу загружается или в контейнер установленный на автощеповозе, или в сменный контейнер.

Часовая производительность рубильной машины определяется: Пч=0,06n Z lщ F φ1 φ2, м3/ч, (3.90)

где: n – частота вращения ножевого диска об/мин; Z – количество режущих ножей на диске; lщ – длина щепы, мм; F – среднее поперечное сечение перерабатываемого сырья; φ1 – коэффициент использования машинного времени (0,5…0,8); φ2 – коэффициент использования рабочего времени (0,7…0,8).

Мощность привода дисковой рубительной машины в общем виде рассчитывается по формуле:

где: N – расчетная мощность двигателя привода рубительной машины, Вт; N1 – мощность, затрачиваемая на процесс измельчения лесоматериалов при рубке на щепу, Вт; N2 – мощность, развиваемая силами инерции вращающегося диска рубительной машины, Вт; N3 – мощность, расхо-

122

дуемая на выброс щепы по щепопроводу, Вт (в случае если конструкция рубительной машины предусматривает нижний выброс щепы, то N3 =0).

Рис. 3.34. Самоходная рубительная машина МРГС-5: 1 - трактор ТДТ55А; 2 - щепопровод; 3 - лоток; 4 - рама; 5 - кожух; 6 - механизм подачи; 7 - транспортер загрузки сырья

где: Р – усилие резания на ножах диска, Н; v – скорость резания, м/с; η – КПД механизма передачи (0,9…0,95).

где: К – удельное сопротивление резанию при рубке древесины на щепу, Н/мм2; К1 – коэффициент одновременности участия ножей в процессе рубки древесины на щепу, зависит от количества ножей на диске машины; К3 – коэффициент загрузки площади поперечного сечения патрона рубительной машины лесоматериалами, зависит от вида измельчаемого сырья (см. табл. 3.10); В и Н – соответственно высота и ширина патрона рубительной машины, здесь в мм; vH – скорость надвигания лесоматериалов, м/с.

где: ω – угловая скорость вращения диска, с-1; D0 – диаметр окружности резания, проходящий через середину длины лезвия ножей, м.

где: D – диаметр диска, м; lл – длина лезвия ножей рубительной машины, м.

где: lщ – длина щепы, м; α1 – угол наклона патрона рубительной машины в вертикальной плоскости, град; α2 – угол наклона патрона рубительной машины в горизонтальной плоскости, град.

где: δ – коэффициент снижения частоты вращения ротора двигателя при рубке (0,3…0,4); Кд – коэффициент, учитывающий момент инерции вращающегося ротора двигателя, муфты и т.д. (1,1…1,2); тд – масса диска, кг; L – путь надвигания (средняя длина измельчаемого лесоматериала, см. табл. 3.10), м.

где: Н0 – толщина диска, м; D – диаметр диска, м.

Мощность, расходуемая на выброс щепы по щепопроводу (в случае выброса щепы вверх) рассчитывается по формуле:

где: тг – масса измельчаемых порций лесоматериалов, находящихся на лопатках диска и в щепопроводе, кг (см. табл. 3.10); vд – окружная скорость вращения диска, м/с.

Помимо производства щепы (технологической или топливной) при переработке кроновой части дерева можно заготавливать ассимиляционный аппарат (хвою или листья), который служит ценным сырьем для производства витаминной муки – ценной кормовой добавки для скота, хлорофилло-каротиновой пасты и эфирных масел, которые используют в парфюмерии и фармацевтике, и пр. Для заготовки ассимиляционного аппарата в условиях лесосеки используются передвижные хвоеотделители. Древесная зелень поставляется на переработку предприятиям как целы-

124

ми ветвями, так и в измельченном виде, ее характерной особенностью является то, что она имеет ограниченный срок хранения, не измельченное сырье: при отрицательной температуре 20 суток, при плюсовой 7 суток; а измельченного сырья соответственно 10 суток и двое суток.

Таблица 3.11 Основные показатели для расчета рубительных машин по видам измель-

чаемого сырья

3.9. Выбор системы машин

Рациональный выбор системы машин для эффективного проведения лесосечных работ зависит, прежде всего, от принятого технологического процесса, а также от финансовых возможностей предприятия.

Под системой машин понимается совокупность машин и оборудования различного функционального назначения, взаимоувязанных по техническим и технологическим параметрам и предназначенных для последовательного выполнения технологического процесса лесосечных работ. Одной из наиболее эффективных форм организации работы систем машин являются комплексы (комплекты).

Комплекс (комплект) формируется для эффективного функционирования системы машин в конкретных природно-производственных условиях и характеризуется количеством машин каждого типа, последовательностью их расстановки, а также наличием и типом технологических связей между ними.

В настоящее время отечественные и зарубежные производители предлагают лесозаготовительным предприятиям широкий спектр машин и механизмов для лесосечных работ. К основным требованиям, предъявляемым к указанной технике, можно отнести: соответствие параметров и конструкции машины назначению и условиям применения; обеспечение минимальной энергоемкости процессов выполнения технологических операций; обеспечение минимальных нагрузок, воспринимаемых машиной и технологическим оборудованием; минимальные масса и габаритные размеры конструкции; простота устройства, прочность и надежность конструкции; унификация и универсальность машин; износостойкость рабочих органов; минимальные затраты на обслуживание и ремонт.

125

При формировании систем машин их основные показатели и параметры определяются природно-производственными условиями, к которым относятся: производственная программа участка, средний размер лесосек и степень их концентрации (расстояние между ними), рельеф местности, крупномерность и породный состав древостоя, наличие жизнеспособного подроста, почвенно-грунтовые условия, вид рубок. В свою очередь все эти факторы по отношению к системе машин могут быть отнесены к внутренним и внешним. Внутренние факторы определяются конкретной структурной схемой и организацией ее использования. Внешние факторы обусловлены действием окружающей среды.

К параметрам машин, определяющим структуру и размерность системы относятся мощность двигателя, грузоподъемность машины, тяговое усилие, давление на грунт, диапазоны рабочих и холостых скоростей, радиус поворота машины, ширина машины, максимальный вылет, грузоподъемность и угол поворота манипулятора, максимальный диаметр обрабатываемого дерева, углы устойчивости машины, продолжительность цикла обработки одного дерева (пачки) и т.д.

Основными параметрами условий применения системы машин являются породный состав деревьев, средний объем хлыста в насаждении, распределение деревьев по объему (или диаметру), средняя высота и распределение высот деревьев, количество деревьев на га, запас леса на га, уклон лесосеки, несущая способность грунта, наличие на лесосеке подроста, камней, ветровальной древесины и т.д. Помимо этого, сюда относятся температурные условия, осадки, направление и сила ветра.

Факторами, обусловленными технологическими и эксплуатационными показателями, являются: вид рубки деревьев, применяемые технологические схемы разработки лесосек, требуемая производительность. Видом рубки определяются способы выполнения технологических операций, их очередность и задаваемые ограничения, а, следовательно, и тип машины.

В зависимости от природно-производственных условий применения системы и вида рубки отдельные из перечисленных факторов будут наиболее важными, а целый ряд может иметь при этом второстепенное значение. Для лесосечных работ наиболее важными факторами являются таксационные характеристики насаждений, почвенно-грунтовые условия, рельеф местности, требования к сохранению подроста, технология работ, способ рубки. Для лесотранспортных работ - объем производства, концентрация лесосечного фонда, расстояние вывозки, рельеф местности, почвенно-грунтовые условия.

При формировании систем машин необходимо увязать между собой набор машин для последовательного выполнения всех технологических операций лесозаготовительного процесса. При этом должны быть

126

согласованы количество операций, выполняемое каждой машиной, технические, технологические, эксплуатационные и энергетические показатели и параметры машин. Иначе говоря, каждая предыдущая машина должна создавать оптимальные условия для работы всех последующих машин или всего комплекса машин, принимающих участие в производственном процессе лесосечных работ.

Желательно, чтобы все машины и механизмы, входящие в систему, имели одинаковую или кратную расчетную производительность.

В большинстве случаев это выдержать не удается. При существенном различии расчетных производительностей машин и механизмов, входящих в систему, коэффициент использования наиболее производительных из них оказывается весьма низким. В этом случае компоновку системы можно производить методом максимально возможного выравнивания производительности машин по операциям.

При этом необходимо стремиться к максимальной загрузке наиболее дорогостоящих машин.

Можно выделить следующие принципы формирования систем лесосечных машин:

-упрощение структуры системы, т.е. формирование системы из минимального числа типов машин;

-обеспечение надежности функционирования системы путем формирования звеньев из нескольких машин и выбора схемы взаимодействия, обеспечивающей работу машин одного типа при простое смежных машин второго типа;

-обеспечение кратной производительности машин в системе и их эффективное применение при учете различного рода связей;

-обеспечение полной загрузки каждой машины, входящей в систему;

-однотипность (по возможности) базового шасси, это принцип должен распространяться на все виды смежных работ и смежные системы, иначе говоря, однотипное базовое шасси желательно использовать не только для лесосечных машин, но и для машин, предназначенных для строительства и содержания лесовозных дорог и других операций, выполняемых в лесу.

Например, для разработки небольших разрозненных лесосек со средним объемом хлыста до 0,4 м3, при отсутствии предварительного лесовозобновления может быть рекомендована следующая система машин: ВТМ (ЛП-17)+МОС (ЛП-30Г)+ погрузчик ПЛ-1В, все эти машины созданы на базе трактора ТДТ-55А, производства Онежского тракторного завода. При увеличении среднего объема хлыста, более 0,4 м3, и прочих равных условиях, в систему будут входить: ВТМ (ЛП-49)+МОС (ЛП33)+ погрузчик ЛТ-65Б, созданные на базе трактора ТТ-4М, производства Алтайского тракторного завода.

127

Упрощение структурного построения комплекса необходимо в связи с тем, что условия лесосеки в большинстве своем ограничивают многоэлементное использование комплекса. Структура и количество элементов в большой степени зависят от размеров лесосек и запаса леса на них, т.е. для условий Сибири комплексы будут одни, а, например, для Европейской части страны - другие.

При формировании систем из числа существующих машин требуется в зависимости от природно-производственных условий определить наиболее целесообразные марки машин, схему их комплектования и их количество.

Основными параметрами системы, которые необходимо определить, являются: число машин каждого типа, расстояние трелевки, объем межоперационных запасов, технологическая схема разработки лесосеки и режим работы машин.

Для мастерского участка также определяются число систем машин, необходимых для выполнения производственной программы, состав машин и механизмов для технического обслуживания и ремонта.

Системы лесосечных машин для конкретных природнопроизводственных условий формируются в следующей последовательности:

а) исходя из ограничений по крупномерности древостоя, породному составу, рельефу, почвенно-грунтовым условиям, виду рубки и наличию подроста, подлежащего сохранению, выбираются лесосечные машины, обеспечивающие освоение лесного, массива с заданными характеристиками. При наличии альтернативных вариантов выбираются машины, обеспечивающие наилучшие технико-экономические показатели работы.

б) из выбранных машин формируются системы, и определяется число машин каждого типа. При этом в качестве ограничительного фактора для определения максимально возможного числа машин одного функционального назначения служит площадь лесосеки, на которой планируется применение системы. Затем определяют значение управляемых параметров (расстояние трелевки, объемы межоперационных запасов, сменность работы машин), обеспечивающих максимальную производительность каждой машины и согласованность по производительности машин, выполняющих смежные операций технологического процесса.

При определении количества машин применительно к конкретным условиям одна из технологических операций принимается за базовую, а машина, выполняющая эту операцию, становится основной в системе. К основным машинам подбираются вспомогательные. Основными машинами могут быть ВПМ, ВТМ, трелевочные, МОС, ВСРМ и др.

128

Основными оценочными параметрами технологического процесса могут быть объем заготавливаемого леса, м3; продолжительность заготовки; производительность, м3/ч, м3/смена; удельная трудоемкость челдн/м3; удельный расход топлива, кг/м3 приведенные затраты, р/м3.

Помимо перечисленных оценочных показателей формируемых систем машин, немаловажным является надежность функционирования как всей системы в целом, так и каждой конкретной машины в отдельности. Здесь при выборе конкретных марок машин следует учитывать гарантийные обязательства, которые берут на себя производитель и поставщик техники, мнения производственников уже сталкивавшихся с данными моделями, стоимость технического обслуживания и ремонта, приспособленность имеющихся по близости мастерских к обслуживанию и ремонту конкретной техники.

Повысить надежность системы машин при ее формировании и эксплуатации можно путем:

а) повышения культуры и эффективности обслуживания и ремонта техники, что включает в себя ряд общеизвестных мероприятий: повышение квалификации обслуживающего персонала; строгое соблюдение рекомендаций инструкции по эксплуатации машины; обеспечение нормальных режимов работы машины; оптимизация режимов и периодичности технического обслуживания; совершенствование системы проведения технического обслуживания и ремонта машин; проведение диагностики.

б) введения избыточности, которая может быть структурной, функциональной и временной. При этом:

-структурная избыточность достигается введением дополнительных элементов;

-функциональная избыточность лесосечных машин вызвана особенностями отдельных машин, включаемых в комплекс на правах элементов. При отказе отдельных элементов, системы, имеющие в своем составе многооперационные машины, иногда в состоянии продолжать работу;

-временная избыточность лесосечных систем обусловлена наличием резерва времени между отдельными фазами процесса, возникающего при функционировании системы. Наличие резерва времени позволяет производить восстановление работоспособности элементов, не снижая эффективности функционирования системы. Источниками возникновения временного резерва лесосечных машин являются наличие межоперационных запасов между отдельными фазами процесса; несоответствие производительности отдельных фаз системы.

129

Наиболее перспективным представляется использование естественной избыточности (временная и функциональная), не требующей при введении значительных затрат.

Контрольные вопросы:

1.Что такое трелевка? Какие машины и механизмы используются на этой операции.

2.Как классифицируются лесозаготовительные машины.

3.Как классифицируются трелевочные тракторы.

4.Для чего выполняется очистка лесосек.

5.Перечислите основные способы очистки лесосек.

6.В каких случаях на трелевке используются канатные установки?

130