лесосечные работы

где: υ – скорость резания, t – время снятия объема стружки.

Из данного выражения следует, что мощность потребная на резание прямо пропорциональна объему древесины превращенному в стружку в единицу времени, или:

Уравнения (2.4)…(2.8) справедливы для всех видов резания со снятием стружки.

Процесс пиления значительно сложнее, чем резание элементарным резцом. При пилении одновременно работают несколько режущих кромок, отделение стружки происходит в закрытом пространстве называемом пропилом.

При рассмотрении процесса пиления необходимо учитывать как скорость движения зубьев пилы υ, так и скорость надвигания пилы на древесину (скорость подачи) U.

Объем древесины превращенный в опилки за 1 секунду:

q0 = bHU ,

где: b – ширина пропила, м; Н – высота пропила (проекция длины пропила на плоскость перпендикулярную направлению подачи), м; U – скорость подачи, м/с.

При поперечной распиловке круглых лесоматериалов H=0,8d, при

продольной H = d 2 − 4x2 , где х – расстояние от плоскости пропила до поперечной оси бревна.

Подставляя q0 в выражения для определения силы и мощности резания получим:

При определении удельной работы резания учитывается меньше коэффициентов, чем при резании элементарным резцом:

основное значение удельной работы резания, выбирается из таблиц или определяется по графикам в зависимости от величины подачи на зуб,

31

ширины пропила и вида режущего инструмента (дисковая, цепная, ленточная пила и т.п.).

Усилие, необходимое для подачи пилы на древесину называется усилием подачи и определяется как:

Производительность чистого пиления (Пч.п) - это площадь пропила, которая может быть произведена пилой за 1с [м2/с].

Контрольные вопросы.

1.Перечислите основные направления резания древесины.

2.Что такое элементарный резец, дайте его характеристики.

3.Перечислите задачи теории резания древесины.

4.От чего зависит усилия резания древесины.

5.Что такое производительность чистого пиления.

3.ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТ

3.1 Подготовительные и вспомогательные работы

Подготовительные работы выполняются до начала основных работ, включающих в себя валку и трелевку леса, очистку деревьев от сучьев, раскряжевку и погрузку лесоматериалов на лесовозный транспорт. К ним относятся: лесосырьевая, технологическая и транспортная подготовки, подготовка территории лесосек, лесопогрузочных пунктов и трелевочных волоков, подготовка обслуживающих производств (обустройство мастерского участка). Анализ трудозатрат на лесозаготовках показывает, что на подготовительные работы приходится 35…40% всех трудозатрат, их объем зависит от принятого технологического процесса, используемых машин, почвенно-грунтовых и рельефных условий, захламленности лесосеки и таксационных характеристик вырубаемого древостоя.

Вспомогательные работы выполняются в ходе выполнения основных работ. К ним относятся: техническое обслуживание машин, обеспечение топливо-смазочными материалами, бытовое обслуживание рабочих, связь, содержание лесовозных дорог, охрана оборудования в нерабочее время. Объем вспомогательных работ зависит от уровня механизации лесосечных работ, чем она выше, тем больше требуется трудозатрат на их выполнение.

32

Лесосырьевая подготовка заключается в приемке лесосеки у федерального органа надзора за лесом.

Приемка лесосечного фонда от федеральных органов надзора за лесом производится с целью проверки правильности отвода лесосек в рубку и аукционной документации имеющейся лесосеки. Для этого все лесосеки, отведенные в рубку осматриваются в натуре и при этом проверяется: соответствие мест отвода указанным в лесорубочных билетах; наличие ясно видимых границ лесосеки и не эксплуатационных площадей (занятых подростом и группами деревьев оставляемыми в качестве семенников); правильность товарно-денежной оценки лесосеки (породный состав, объем, выход деловой древесины и пр.); наличие и количество подлежащего обязательному сохранению жизнеспособного подроста; отсутствие лесонарушений в прилегающих к лесосеке насаждениях в полосе шириной 50 м.

При обнаружении расхождений с данными лесхоза по вышеперечисленным пунктам лесопользователь сообщает об этом лесхозу, который обязан проверить выявленные недостатки.

Технологическая подготовка лесосеки заключается в изучении лесоэксплуатационных условий (рельефа местности, грунтов, степени захламленности лесосек) при этом производятся: изыскания трассы лесовозного уса; выбор места для размещения погрузочных площадок и мастерского участка; разработка технологического процесса лесозаготовок, с учетом имеющейся у лесопользователя техники и лесоводственных требований к рубкам в данной местности; составление технологической карты разработки лесосеки в которой указываются: породный состав и запас леса на га по выделам, трассы трелевочных волоков, места расположения погрузочных пунктов и мастерского участка, способ очистки лесосеки, а также меры содействия лесовозобновлению, количественные показатели работ. Согласованная технологическая карта подписывается представителями лесопользователя и лесхоза.

Из перечисленных пунктов работ видно, что задачей технологической подготовки является обоснованный выбор рациональной схемы разработки лесосеки и ее транспортного освоения. Составляемая технологическая карта должна максимально учитывать особенности конкретной лесосеки (площадь и форма, почвенно-грунтовые условия и рельеф, таксационные характеристики, вид рубки, лесоводственные требования).

Лесосырьевая и технологическая подготовки лесосек предшествует всем остальным видам подготовительных работ. Она выполняется инже- нерно-техническими работниками лесопользователя и не входит в состав работ, выполняемых подготовительной бригадой. Обычно она проводится мастерами лесозаготовок с помощниками из двух - трех рабочих.

33

Нормативные трудозатраты составляют 1,0…1,5 чел/дня на 1000 м3 древесины на лесосеке.

Транспортная подготовка заключается в том, что до начала разработки к лесосеке подводится ус лесовозной дороги. Для прокладки уса разрабатывается полоса шириной 6…8 м. Все опасные деревья вдоль лесовозного уса на расстоянии 25 м в обе стороны убираются до начала его строительства. Тип уса выбирается в зависимости от почвенногрунтовых условий, сезона вывозки и наличия материалов.

Потребное число рабочих на строительство усов определяется по формуле:

где: Lу - общая протяженность усов на расчетный год; Ну - трудозатраты на строительство 1 км уса, чел/дн; Dу - число дней работы бригады на строительстве усов.

Общая протяженность дорог зависит от размещения выделенных лесосек в лесном массиве, развитости существующей дорожной сети.

Подготовка территории лесосек к рубке заключается в уборке сухостойных, зависших и гнилых деревьев способных неожиданно упасть от ветра или толчка (опасных деревьев). Уборка производится по всей территории лесосеки и в 50-ти метровой зоне вокруг лесопогрузочных пунктов, мест размещения механизмов и подштабельных площадей. При применении на лесозаготовках многооперационных машин уборка опасных деревьев на территории лесосеки производится одновременно с лесозаготовками. Для уборки опасных деревьев применяются бензиномоторные пилы, переносные моторные и ручные лебедки, а иногда трелевочные тракторы.

Затем производится разметка трасс трелевочных волоков и разработка территории, отведенной под их размещение, а также территории погрузочных площадок. Это заключается в срезании на указанных площадях всех растущих деревьев заподлицо с землей, уборке валунов и пней, засыпке ям, в устройстве настила из сучьев или низкосортной древесины в топких местах.

Ширина магистральных волоков составляет 6 м, пасечных – 4…5 м и зависит от типа применяемого трелевочного механизма и вида рубок. На лесосеках со слабой несущей способностью грунтов волоки укрепляются порубочными остатками, а иногда, на отдельных участках устраиваются сплошные настилы – гати.

Зимние волоки могут устраиваться проходом порожнего транспорта в несколько раз. В условиях пересеченной местности подготовка лесосек может потребовать выполнения земляных работ с применением

34

бульдозера, который также будет необходим при глубоком снежном покрове и сильно захламленной лесосеке.

Вслучае применения на трелевке канатных трелевочных установок

всостав подготовительных работ входит их монтаж, включая оснастку мачт, угловых блоков, канатов и т.д.

При выборочных и постепенных рубках, а также рубках ухода технологическую карту составляют одновременно с отводом лесосеки.

Кроме того, к подготовительным работам относятся работы по устройству раскряжевочной и погрузочной эстакад, а также площадок для укладки или сжигания лесосечных отходов, если таковые сооружения необходимы по принятой технологии лесосечных работ.

Подготовка обслуживающих производств включает в себя устройство мест для стоянки тракторов и хранения оборудования, топливосмазочных материалов, пунктов технического обслуживания машин и механизмов, установку помещения для обогрева рабочих, средств связи и осветительных приборов, противопожарного оборудования и др.

Трудозатраты на подготовительные работы определяются:

где: Q - годовой объем вывозки, м3; q - запас леса на га, м3/га; А - трудозатраты на подготовку 1 га лесосеки к рубке, чел-дн; В - трудозатраты на подготовку погрузочного пункта, чел-дн; S - площадь лесосеки, тяготеющей к одному погрузочному пункту, га; С - трудозатраты на строительство 1 км лесовозного уса, чел/дн; К – коэффициент, учитывающий неэксплуатационную площадь (вырубки, гари и т.д. К=1,0…1,2); в - ширина полосы леса, осваиваемой с одного лесовозного уса, км.

Трудозатраты по отдельным составляющим подготовительных работ берутся из нормативной литературы с учетом местных условий.

Количество рабочих, необходимое для проведения требуемого объема подготовительных работ определяется по формуле:

где: Т - общие трудозатраты на проведение подготовительных работ, чел/дн; Д - количество рабочих дней в году на подготовительных работах.

Обычно трудоемкость подготовительных работ оценивается на 1000 м3 заготовленной древесины:

где: Q – годовой объем вывозки предприятия, м3; или реже на гектар освоенной площади:

35

где: SГ - площадь годичной лесосеки предприятия.

3.2. Виды технологических процессов и состав работ

Технология – (от греческого techne – мастерство, умение, искусство) – совокупность методов обработки, изменения состояния, формы, размеров, свойств, и месторасположения предмета труда в процессе производства продукции.

Технологией лесозаготовительных производств называется система знаний о способах и средствах выполнения на лесосеках, погрузочных пунктах и лесных складах ряда операций от валки леса до отгрузки его потребителю в требуемом виде.

Все технологические операции подразделяются на три большие группы: рабочие – в результате которых изменяются размеры, формы и свойства предмета труда (срезание дерева, раскряжевка на сортименты и др.); переместительные – в результате которых изменяется месторасположение предмета труда (трелевка древесины, погрузка и выгрузка, перемещение между станками и оборудованием в технологическом потоке); смешанные – в результате которых одновременно происходит обработка и перемещение предмета труда (очистка деревьев от сучьев при помощи сучкорезных машин, окорка кряжей и др.).

На лесосечных работах технологические операции выполняются на лесосеке и на погрузочном пункте (верхнем складе).

Взависимости от набора технологических операций, места их выполнения и вида продукции, вывозимой с лесосеки, технологические процессы лесосечных работ подразделяются на три основные группы: хлыстовая технология, сортиментная технология и технология с углубленной переработкой древесины.

Втабл. 3.1 представлены наиболее распространенные технологические процессы всех трех групп лесосечных работ. Следует иметь в виду, что в группе технологических процессов с углубленной переработкой древесины теоретически возможно большее разнообразие получаемой продукции, однако в настоящее время эта группа процессов развита слабо и представлена на уровне современного развития.

Хлыстовая технология заготовки леса является наиболее распространенной в Российской Федерации в настоящее время, на нее приходится около 80 % всего заготовляемого леса, а в США и Канаде более 85%.

36

Технологический процесс № 1 позволяет свести к минимуму число операций выполняемых на лесосеке и перенести их выполнение на более производительное стационарное оборудование нижних складов и бирж сырья деревоперерабатывающих предприятий, уменьшить трудозатраты на очистку лесосек и использовать сучья, вершины и ассимиляционный аппарат деревьев (хвоя и листья) на производство полезной продукции (топливной и технологической щепы, арболита, хвойно-витаминной муки, и др.).

Таблица 3.1

Технологические процессы лесосечных работ

Условные обозначения: В – валка деревьев; Ос – очистка деревьев от сучьев; Р – раскряжевка; Фп – формирование пакета; П – погрузка на лесовозный транспорт; Пр – продольная распиловка; Ок – окорка; Рщ – рубка в щепу; Д – деревья; Х – хлысты; С – сортимменты; Щтех – щепа технологическая; Щтоп – щепа топливная; Пм – пиломатериалы.

Однако, при трелевке деревьев, особенно за комли, труднее сохранить подрост и предотвратить повреждения оставляемых на корню деревьев, современная лесоводственная наука считает нежелательным вывоз порубочных остатков с территории лесосеки в связи с обеднением лесной почвы, а при вывозке деревьев уменьшается использование полезной грузоподъемности лесовозного транспорта из-за низкого коэффициента полнодревесности пакета, на большинстве производственных площадок лесозаготовительных и деревообрабатывающих предприятий отсутствуют технические и технологические возможности переработки порубочных остатков.

37

При технологическом процессе № 2 происходит концентрация порубочных остатков на территории верхнего склада, что уменьшает трудозатраты на очистку лесосеки, улучшаются условия для применения высокопроизводительных мобильных сучкорезных машин, лучше используется грузоподъемность лесовозного транспорта, однако происходит увеличение числа операций выполняемых в лесу.

Достоинством технологического процесса № 3 является то, что трелевка хлыстов позволяет уменьшить степень повреждаемости подроста и оставляемых на корню деревьев, появляется возможность использования порубочных остатков для укрепления трелевочных волоков при слабой несущей способности грунтов. Но при этом увеличиваются затраты на последующую очистку территории лесосеки, затруднено и обычно невозможно последующее применение порубочных остатков для производства полезной продукции.

Сортиментная технология заготовки леса наиболее предпочтительна для небольших лесозаготовительных фирм, не имеющих своих лесоперерабатывающих площадок, и торгующих древесиной «с колес». Кроме того, она рекомендуется при невозможности использования хлыстовой вывозки леса, например при малых радиусах поворота лесовозной дороги.

При технологической схеме № 4 работы по валке деревьев, очистке их от сучьев и раскряжевке обычно выполняются при помощи ручного моторного инструмента – бензиномоторных пил. Подобная технология распространена на несплошных рубках, при отсутствии у предприятия высокопроизводительных многооперационных машин, позволяет использовать порубочные остатки для укрепления трелевочных волоков и вывозить с лесосеки готовую продукцию, если предприятие торгует круглым лесом. Основным недостатком является большая доля ручного труда на лесосечных работах.

Технологический процесс № 5 имеет недостатки связанные с трелевкой леса деревьями, но позволяет использовать на верхнем складе многооперационные сучкорезно-раскряжевочные машины (также называемые процессорами).

Технологические процессы № 6 и 7 являются классическим примером, так называемой, «скандинавской» технологии заготовки леса. На валке леса используются либо бензиномоторные пилы, тогда на очистке деревьев от сучьев и раскряжевке применяются процессоры, либо валоч- но-сучкорезно-раскряжевочные машины (также называемые харвестеры). Хотя иногда все технологические операции выполняются при помощи бензиномоторной пилы. На трелевке используются сортиментоподборщики (также называемые форвардеры) с колесным или гусеничным движителем. Технологический процесс № 7 предусматривает, так

38

называемую, «прямую вывозку леса», т.е. без выделения специальной операции трелевки и перегрузки на лесовозный транспорт. Работа по такой схеме будет эффективной при небольшом расстоянии вывозки (до 10 км) и использовании в качества транспорта леса только колесных форвардеров.

Технологию с углубленной переработкой древесины можно признать перспективной, ее развитие в настоящее время сдерживается отсутствием недорогой и эффективной техники способной перерабатывать заготовляемую древесину на щепу и пиломатериалы в условиях лесосеки. Разработка такой техники находится сейчас на стадии проектирования и экспериментальных исследований.

Технологические процессы № 8 и 9 предусматривают проведение на лесосеке и погрузочном пункте всех технологических операций по выработке пиломатериалов. В настоящий момент применяется, в основном, в мелких частных лесовладениях за рубежом. На современный момент такая технология заготовки не получила промышленного распространения в связи с отсутствием высокопроизводительной техники способной производить продольную распиловку круглых лесоматериалов в условиях лесосеки.

Технологический процесс № 10 позволяет получать на лесосеке технологическую и топливную щепу. Перспективен в условиях плантационного лесовыращивания. Однако, на современном этапе развития лесопромышленного комплекса получение технологической щепы в условиях лесосеки затруднено из-за отсутствия машин способных производить качественную окорку в данных условиях. Получение топливной щепы из порубочных остатков в условиях лесосеки активно внедряется в технологический процесс лесозаготовок в последние годы.

3.3. Механизированная валка деревьев

Способы валки деревьев. Валка деревьев является первой операцией основных работ. Возможны два способа валки деревьев: без корневой системы (с оставлением пня); с корневой системой.

Второй способ, несмотря на возможности более полного использования фитомассы дерева, не получил распространения в настоящее время, в связи с большими техническими сложностями, как самого процесса валки, так и дальнейшей переработки деревьев с корневой системой. Данный способ используется только в случае расчистки лесопокрытых земель выведенных из состава лесного фонда или переведенных в нелесные земли.

При первом способе (с оставлением пня) различают три вида валки: ручная; механизированная; машинная.

39

При ручном способе на валке применяются ручные лесозаготовительные инструменты (ручные пилы, топоры). В настоящее время промышленно не применяется.

При механизированном способе используют ручной моторный инструмент (бензино- и электромоторные пилы), в настоящее время бензиномоторные пилы наиболее распространены как на территории РФ, так и в большинстве зарубежных стран, в связи с большой стоимостью специальных лесозаготовительных машин и более широкими возможностями применения по рельефным и почвенно-грунтовым условиям.

Виды и характеристика ручного инструмента. Ручные моторные инструменты подразделяются по следующим основным признакам:

По типу привода они подразделяются на бензиномоторные, работающие от бензинового двигателя внутреннего сгорания и электромоторные – с приводом от электродвигателя.

Электромоторные пилы используются для раскряжевки, обрезки вершин и крупных сучьев, в основном, применяют пилы мощностью электродвигателя 1,3…3 кВт. На электропилах используются трехфазные двигатели переменного тока с рабочей частотой тока 50, 200 или 400 Гц. Электромоторные пилы по сравнению с бензиномоторными более просты в эксплуатации, у них значительно меньше уровень шума и вибрации. Вместе с тем для них необходим источник энергии и кабельная сеть, что резко ограничивает их применение в условиях лесосеки.

Бензиномоторные пилы широко применяются при проведении лесосечных работ, как в нашей стране, так и за рубежом. По расчетам отечественных экономистов и технологов бензиномоторные пилы в ближайшие два десятилетия будут наиболее экономически выгодны на лесозаготовках в РФ. И, кроме того, вальщик с бензиномоторной пилой наносит лесной среде намного меньший вред, чем любая лесозаготовительная машина. Основными узлами бензиномоторных пил являются двигатель (одноцилиндровый, двухтактный) с системой зажигания и питания в которую входит топливный бак с объемом, рассчитанным на 1…1,5 часа работы, устройства для передачи крутящего момента от двигателя к пильному механизму, пусковое устройство, рама для крепления основных узлов и деталей пилы.

По расположению рукоятей пилы делятся на универсальные (с низким расположением рукоятей), и специализированные (с высоким расположением рукоятей) бензиномоторные пилы. Следует отметить, что с точки зрения эргономики процесса валки предпочтительной представляется компоновка специализированных пил, называемых также «пилы для валки леса в равнинных условиях», кроме того, наличие поворотного редуктора позволяет успешно использовать их и на других рабо-

40