лесосечные работы

Скольжение дерева вниз по склону при валке его вершиной в гору может происходить также при неправильно проведенном подпиле или при падении ствола на какой-либо возвышающийся предмет (пень, ствол упавшего дерева, крупный камень), а также на возвышенность рельефа.

При валке дерева вниз по склону, рис. 3.8, положение II, ε=0°, его ствол и крона описывают большую дугу, вследствие чего значительно увеличивается кинетическая энергия падающего дерева. После падения дерево перемещается вниз по склону, иногда на значительное расстояние, нередко с отломом вершины и трещиной ствола. Деревья же крупных размеров нередко разбиваются на отдельные части. Хотя особой опасности от падающего дерева для вальщика при таком направлении валки нет, подобный способ валки также нельзя признать рациональным из-за значительных потерь древесины.

Не следует выполнять валку деревьев и в направлении вверх по склону под некоторым углом, рис. 3.8, положения VII, VIII; 90°<ε< 180°, так как нет никаких преимуществ по сравнению с валкой вверх по склону, рис. 3.8 положение I, этот способ не дает.

Рис. 3.7. Ограничение валки деревьев на склоне по подпилу (спиливанию) в зависимости от крутизны склона и диаметра дерева

51

Наиболее рациональной, с позиций безопасного ведения работ и сохранения древесины, следует считать валку поперек склона, рис. 3.8, положения III, IV; ε=90°. Однако при таком направлении валки деревьев от рабочего требуется особое умение управлять направлением падения дерева. Валка крупных деревьев поперек склона опасна.

Наиболее приемлемой при работе на уклонах крутизной более 15° следует признать направление валки вниз по склону и под некоторым углом, рис. 3.8, положения V, VI; 0°<ε<900. Угол ε между направлением уклона и направлением падения дерева должен изменяться в зависимости от величины дерева и его наклона к подошве склона: чем меньше наклон и вес дерева, тем больше должен быть ε.

При валке деревьев в пересеченной местности вниз по склону подпил обычно выполняется на несколько большую, чем обычно, глубину (в среднем на 1/3 d), то есть так же, как для деревьев с попутным наклоном ствола в равнинной местности.

В условиях крутых склонов наиболее предпочтительным направлением валки будет валка поперек склона, т.е. положения III и IV или близкие к ним. Это объясняется тем, что деревья, растущие недалеко от подошвы или вершины склона не могут быть повалены вдоль склона изза их вероятного разрушения. При большой протяженности склона (около 100 м) и равномерном расположении деревьев к указанной категории будет относиться около 50%.

Рис. 3.8 Направление валки деревьев на склонах и направления коридоров отхода. Цифры I-VIII обозначают различные положения деревьев при валке; подготовка рабочего мета вальщика: б) в холмистой местности при валке дерева на возвышение; в) в холмистой местности при

валке поперек склона

52

Как уже отмечалось ранее, операции очистки деревьев от сучьев и раскряжевки могут выполняться на лесосеке (у пня) и на верхнем складе. В условиях, когда поверхность лесосеки имеет значительные уклоны перед проведением этих операций, по требованиям безопасности, дерево необходимо закрепить для предотвращения его самопроизвольного перемещения. Это серьезно уменьшит производительность вальщика, поэтому наиболее целесообразным представляется перенос операций очистки деревьев от сучьев и раскряжевки на верхний склад, это также позволит сконцентрировать порубочные остатки и использовать их для укрепления временных путей транспорта леса.

Валочные приспособления. Для сталкивания деревьев в заданном направлении при валке применяют следующие приспособления: валочные лопатки, валочные вилки, деревянные и металлические клинья, гидроклинья и гидродомкраты.

Валочные приспособления с приложением сталкивающего усилия в плоскости сталкивания применяются при валке деревьев одним человеком.

Клинья обычные до сих пор применяются на лесозаготовках из-за простоты конструкции, малых размеров, веса и стоимости. В основном применяют деревянные и стальные клинья, кроме того они могут изготавливаться из алюминиевых и магниевых сплавов, а также пластмассы. Угол заострения клиньев обычно составляет 10-13˚. Чтобы предотвратить выскальзывание клиньев из пропила на их щеках наносят насечку или поперечные бороздки. Однако для подачи клиньев пропил требуется использовать дополнительные инструменты (кувалду, топор) и затрачивать много труда и времени. Также к недостаткам клиньев как валочных приспособлений следует отнести возможное падение с дерева на вальщика сухих сучьев (а в зимнее время и снега) при вбивании клиньев в пропил.

Часовая производительность операции валки деревьев бензиномоторной пилой может быть определена по формуле:

где: Vх – средний объем хлыста, м3; К1 – коэффициент, учитывающий увеличение площади пропила за счет выполнения подпила (1,15…1,25); ϕ3 – коэффициент использования производительности чистого пиления (0,6); U – скорость подачи пилы, м/с; dср – диаметр дерева в месте среза, м; Кс – коэффициент, учитывающий время сталкивания дерева с пня, переходы от дерева к дереву и подготовку рабочего места, принимается в зависимости от среднего объема хлыста и количества рабочих (валка одним рабочим или с помощником), см. табл. 3.2.

53

Таблица 3.2

Значения коэффициента Кс

3.4. Машинная валка деревьев

Все лесозаготовительные машины можно классифицировать по следующему ряду признаков:

•виду движителя: гусеничные, колесные, шагающие;

•числу выполняемых технологических операций: одно и многооперационные;

•виду выполняемых технологических операций: валочные (ВМ); ва- лочно-трелевочные (ВТМ); валочно-пакетирующие (ВПМ); валочно- сучкорезно-раскряжевочные (ВСРМ), также называемые харвестерами; валочно-сучкорезные; сучкорезные (МОС); сучкорезнораскряжевочные (МОСР), также называемые процессорами;

•применению в сортиментной или хлыстовой технологии заготовки: машины для хлыстовой технологии (ВМ, ВТМ, ВПМ, МОС и пр., в результате работы которых происходит заготовка деревьев или хлыстов) и машины для сортиментной технологии (ВСРМ, МОСР и пр., в результате работы которых производится заготовка сортиментов);

•ширине обрабатываемой полосы леса: узкозахватные (без гидроманипулятора); широкозахватные (с гидроманипулятором);

•направлению действия технологического оборудования: фланговые,

фронтальные, полноповоротные.

Первыми машинами появившимися на лесосечных работах и способных производить направленную валку деревьев были однооперационные гусеничные узкозахватные фланговые валочные машины ВМ-4, производства Абаканского механического завода. Эти машины, позволяли облегчить труд лесозаготовителей, заменяя трудоемкую и травмоопасную операцию механизированной валки на машинную. Технологическое оборудование этих машин состояло из цепного срезающего устройства, приводимого в действие от гидропривода, сталкивающего рычага, смонтированного на крыше кабины, а также технологического (перекидного) рычага, который был предназначен для переброски комлевой

54

части дерева через базу машин. Это делалось для того, чтобы поваленные деревья не мешали машине заходить на следующую ленту.

Технологический цикл валки деревьев машиной ВМ-4 складывался из следующих приемов: подъезда машины к дереву; наводки механизма срезания на дерево; наводки валочного рычага; спиливания дерева; сталкивания. При работе машины с перекидыванием, кроме того, выполнялись приемы: откидывания технологического рычага и перекидывания комля дерева через машину. При снежном покрове высотой более 50 см производилась расчистка снега около срезаемых деревьев для заглубления механизма срезания.

Однако, эта машина имела целый ряд существенных недостатков, основными из них являлись: отсутствие гидроманипулятора (узкозахватность) приводили к тому, что при производстве работ машина была вынуждена подъезжать к каждому дереву, что делало практически невозможным сохранение подроста. Кроме того, из-за неудачной конструкции сталкивающего устройства часто происходили сколы в комлевой части заготавливаемых деревьев, что приводило к потерям ценной деловой древесины. Также в результате эксплуатации этих машин было выявлено, что вследствие небольшой энергоемкости процесса валки деревьев экономический эффект от применения валочных машин в чистом виде был крайне незначительным, а с учетом экологических последствий часто отрицательным. Эти машины не могли существенно повысить производительность труда, а себестоимость заготовки леса с их помощью значительно выше, чем при применении бензиномоторных пил. В настоящее время отечественным машиностроением выпускается универсальная малогабаритная валочная машина ВМ-55 предназначенная для срезания и направленного повала деревьев при разработке просек при строительстве дорог, линий связи и электропередач, трасс нефте- и газопроводов, очистке территорий от лесной растительности, в условиях техногенного загрязнения лесов и в зонах стихийных бедствий. Эта машина отличается малыми габаритами и массой (3,6 т), однако имеет невысокую производительность.

На базе машины ВМ-4 была создана первая в СССР валочнотрелевочная машина ВМ-4А. Эта машина отличалась от ВМ-4 только наличием коникового зажима (коника) в который при помощи технологического рычага укладывалась комлевая часть поваленного дерева. В остальном конструкция машины изменена не была, что, соответственно, привело к наличию присущих ВМ-4 недостатков у ВМ-4А, кроме того, валочно-трелевочная машина выполняя три технологические операции (валка деревьев, формирование пачки из отдельных деревьев и трелевка) имели специфические недостатки, связанные с неравномерной загрузкой во времени отдельных узлов и агрегатов машины, что снижало экономи-

55

ческую эффективность их эксплуатации. В настоящее время Абаканским машиностроительным заводом выпускается усовершенствованный вариант машины подобной компоновки – ВМ-4Б.

Сравнение основных показателей трелевочного трактора ТТ-4 с валочно-трелевочной машины созданной на его базе, показало, что специализированный трелевочный трактор имеет существенные преимущества. Анализ результатов наблюдений за работой машины ВМ-4А показал, что освободив ВТМ от операции по трелевке древесины и превратив ее, таким образом, в валочно-пакетирующую машину, можно не только вдвое поднять ее производительность, но и удлинить срок службы ре- жуще-валочных аппаратов, которые теперь уже не будут в течение полусмены перевозиться на транспортных скоростях, а будут полностью загружены по прямому назначению. Подтвердилось мнение о целесообразности отделения в самостоятельную операцию трелевку древесины.

Вместе с указанными недостатками у самой концепции валочнотрелевочных машин имеется серьезное преимущество, связанное с отсутствием необходимости в наличие специальной трелевочной техники при разработке лесосек. В условиях, когда арендованный годичный лесосечный фонд состоит из небольших разрозненных лесосек. Привлечение большого количества техники на их разработку нецелесообразно, в связи с большими затратами на частые перебазировки. Использование подобного типа машин позволяет существенно уменьшить затраты на заготовку леса в подобного рода лесосеках. В связи с такого рода преимуществами в дальнейшем отечественная машиностроительная промышленность освоила выпуск широкозахватных валочно-трелевочных машин ЛП-17 и ЛП-49 созданных соответственно на базе тракторов ТДТ-55А и ТТ-4. Как и базовые тракторы эти машины предназначены для работы в

насаждениях со средним объемом хлыста соответственно до 0,4 м3 и более 0,4 м3.

В состав технологического оборудования данных машин входят (рис. 3.9): гидроманипулятор на свободном конце которого установлено захватно-срезающее устройство (ЗСУ), и кониковый зажим (коник) для сбора и удержания собираемых деревьев. Благодаря наличию гидроманипулятора эти машины с одной технологической стоянки могут собирать несколько деревьев, что уменьшает время затрачиваемое на переезды машины во время набора пачки, кроме того обеспечивается сохранение подроста. Изменение метода сталкивания дерева с пня практически исключило сколы в комлевой части заготавливаемых деревьев.

ВТМ разрабатывают лесосеку лентами. Наиболее производительная работа обеспечивается при оптимальных размерах ленты и угле примыкания ленты к волоку. Ширина ленты набора пачки должна составлять 4 м, а зимой при глубоком снежном покрове – 3…4 м. При отклоне-

56

нии от указанных размеров увеличиваются затраты машинного времени на валку деревьев — сбор пачки: при меньшей ширине требуется лента большей длины для набора пачки, при большей ширине машина движется с отклонениями от прямолинейного пути.

Рис. 3.9. Валочно-трелевочная машина ЛП-17:

1 – коник; 2 – гидроманипулятор; 3 – захватно-срезающее устройство

Рекомендуемая длина лент набора пачек в зависимости от ее ширины, запаса леса на 1 га; объема пачки приведена в табл. 3.3.

Минимальные затраты на валку-трелевку обеспечиваются при примыкании лент к волоку под углом 25…45º.

При разработке лесосеки машина проходит по волоку, проходу или образовавшейся вырубке в дальний от погрузочного пункта конец пасеки, разворачивается и двигаясь вдоль границы леса, приступает к валке деревьев и сбору пачки. На стоянке с левой стороны по ходу движения поочередно срезаются все деревья, находящиеся в зоне действия манипулятора, и перемещаются манипулятором за комлевую часть на коник. При этом выполняются следующие приемы. С помощью рычагов управления машинист подводит ЗСУ к дереву, производит его зажим и предварительное натяжение. Включается механизм срезания и дерево отделяется от пня. Управляя гидроцилиндрами валки и наклона, машинист валит дерево в нужном направлении, не раскрывая зажимных рычагов захвата. При валке крупного дерева (50 см и более) зажимные рычаги раскрываются и ЗСУ отводится от дерева в процессе его падения.

57

После приземления вершины комлевая часть дерева снова зажимается. Управляя, гидроцилиндрами манипулятора, машинист перемешает дерево к машине и укладывает комлевой частью в зажимной коник. Перед укладкой дерева рычаги коника должны быть раскрыты. Если в рабочей зоне действия манипулятора находятся еще деревья, то цикл вал- ки-пакетирования повторяется. Перед движением машины погруженные на коник деревья надежно зажимаются.

Собрав пачку максимально возможного объема, машинист доставляет ее на погрузочный пункт. Для разгрузки пачки рычаги коника раскрываются, и машина движется вперед на 2…3 м. После разгрузки пачки цикл работы машины повторяется.

Пачки укладываются в штабель, начиная от дороги, что позволяет уменьшить перекрещивание деревьев. При машинной очистке деревьев от сучьев штабель формируется высотой до 1 м. На сырых участках пачки укладываются на подкладочное дерево, которое должно находиться на расстоянии 2,5 м от торцов деревьев, уложенных в штабель. Выравнивание комлей и окучивание деревьев в штабеле производится отвалом передней навески 2-3 раза.

В связи с вышеперечисленными недостатками на лесозаготовительных предприятиях валочно-трелевочные машины часто использовались для работы в режиме валка-пакетирование. Такой режим работы машины позволяет свести к минимуму транспортные операции выполняемые машиной и получать на лесосеке полновесные пачки, что значительно повышает производительность трелевочного трактора.

Часовая производительность ВТМ определяется по формуле:

58

где: φ2 – коэффициент использования расчетного объема пачки; V – расчетный объем пачки, м3; lп - длина ленты набора пачки, м; υн.п - средняя скорость движения машины во время сбора деревьев в пачки, м/c; lcр - среднее расстояние рабочего пробега машины за время выполнения одного цикла трелёвки, м; lх - среднее расстояние холостого пробега машины за время выполнения одного цикла трелёвки, м; υр - скорость движения машины с пачкой, м/с; υх - скорость движения машины на холостом ходу, м/с; tс - время сбора пачки, м/с; tр - время разгрузки пачки, м/с.

Длина ленты набора пачки ВТМ определяется по формуле:

Для повышения эффективности работы лесозаготовительных машин была создана полноповоротная широкозахватная валочнопакетирующая машина ЛП-19 (ВПМ) (рис. 3.10), выпуск которой был освоен Йошкар-Олинским машиностроительным заводом. Базой этой машины послужили: трелевочный трактор ТТ-4, от которого была взята ходовая часть и экскаватор ЭО 41-21. На ходовую систему опирается поворотная платформа с дизельным двигателем, кабина оператора и шар- нирно-сочлененная стрела. Подъем и опускание стрелы и рукояти осуществляются гидроцилиндрами. Захватно-срезающее устройство (ЗСУ) шарнирно закреплено на конце рукояти. На верхнем конце стойки имеется захват, на нижнем — захват и механизм срезания. Вылет манипулятора составляет 8 м, максимальный диаметр срезаемого дерева в месте пропила 90 см, скорость передвижения машины 2 км/ч.

У машины ЛП-19 отсутствует пакетирующее устройство, что несколько ухудшает ее технологические качества, так как она не может готовить полногрузные пачки для тракторов с пачковыми захватами. Оператор, манипулируя гидроцилиндрами стрелы, рукояти и стойки ЗСУ, подводит последнее к дереву, захватывает и срезает его.

После срезания дерево снимается с пня, переносится к месту укладки и укладывается на землю.

Объем пачки деревьев формируемый ВПМ с одной рабочей позиции (VF) определяется по формуле:

где: R, r – максимальный и минимальный вылеты манипулятора ВПМ; ξ

– коэффициент, учитывающий использование максимального вылета в процессе работы; F – площадь лесосеки, обрабатываемая машиной с одной технологической стоянки; VF – объем пачки деревьев, формируемой при обработке площади; q – запас леса на 1 га лесосеки, м3 .

Рис. 3.10. Валочно-пакетирующая машина ЛП-19:

1 - ходовая система; 2 - гидроцилиндры подъема и опускания стрелы и рукояти; 3 - поворотная платформа; 4 - стрела; 5 - рукоять; 6 - гидроцилиндр поворота захватно-срезающего устройства; 7 - верхний захват; 8 - нижний захват; 9 - срезающее устройство

Теоретическая часовая производительность ВПМ ПЧВПМ определяется по уравнению общего вида:

где: Q – общий объем заготовленного леса на лесосеке или ее части; ТВПМ – время, затраченное машиной на выполнение рабочих операций при освоении лесосеки или ее части.

где: ТР – время движения машины при выполнении технологической работы (срезание деревьев и укладывание их в пачки) на лесосеке или ее части площадью S; ТХ – время движения машины на холостом ходу (зависит от принятой схемы разработки лесосеки); ТЦ – время обработки всех деревьев на лесосеке или ее части;

60