лесосечные работы

где: LP– путь, проходимый валочно-пакетирующей машиной при выполнении технологической работы; КО – коэффициент увеличения пройденного пути за счет непрямолинейности проходов; υP – скорость движения машины при выполнении технологической работы; ∆ – ширина разрабатываемой ленты (пасеки).

где: А, В – размеры разрабатываемой лесосеки или ее части, м

ТЦ = (t1 + t2 + t3 + t4 + t5 + t6 + t7 + t8) (3.16) t1 – время наводки ЗСУ на дерево; t2 – время зажима дерева ЗСУ; t3 – вре-

мя срезания дерева; t4 – время переноса дерева к машине (t4 ≈ t1); t5 – время поворота ЗСУ с деревом к месту укладки дерева; t6 – время укладки дерева; t7 – время уменьшения вылета манипулятора машины после укладки дерева; t8 – время поворота ЗСУ без дерева (t8 ≈ t5);

где: υНАВ – скорость наводки ЗСУ на дерево (0,2-0,22 м/с).

где: D – величина раскрытия зажимных рычагов ЗСУ; υЗАЖ – скорость движения зажимных рычагов; d – средний диаметр зажимаемого дерева, в зоне зажима.

где: ПЧП – производительность чистого пиления; φ – коэффициент, учитывающий использование производительности чистого пиления; d – диаметр дерева в месте реза

где: n – число оборотов в минуту поворотной платформы или манипулятора вокруг оси вращения; φ1 – средний угол поворота при срезании деревьев.

Для сортиментной заготовки леса создан специальный класс многооперационных машин – валочно-сучкорезно-раскряжевочные (ВСРМ), обычно называемые «харвестерами». Они подразделяются на однозахватные и двухзахватные в состав технологического оборудования однозахватных харвестеров схож с ВПМ с тем отличием, что на свободном конце манипулятора устанавливается не ЗСУ, а харвестерная головка оснащенная сучкорезными ножами и протаскивающими вальцами. Такое

61

устройство технологического оборудования позволяет машине захватывать, срезать и сталкивать дерево с пня и производить очистку от сучьев с одновременной раскряжевкой, причем, обычно, в задачу оператора такой машины входит наведение головки на дерево, а дальнейшей обработкой управляет бортовой компьютер.

У двухзахватного харвестера устройство для очистки деревьев от сучьев и раскряжевки (процессорная головка) устанавливается на базе машины, а на свободном конце манипулятора устанавливается ЗСУ. В результате операции валки и разделки на сортименты оказываются разнесены – оператор наводит ЗСУ на дерево, производит его валку и подает в процессорную головку имеющую сучкорезную головку, протаскивающие вальцы и цепную пилу для раскряжевки. В то время как под управлением компьютера производится очистка дерева от сучьев и раскряжевка, оператор может производить валку следующего дерева. Это существенно повышает производительность.

Производительность ВСРМ определяется по формуле (3.12) с учетом того, что продолжительность технологического цикла обработки дерева ВСРМ, определяется по формуле

где: tн.д. ,tз ,tсп ,tп ,tо ,tр ,t.у.с. - затраты времени на наведение и достав-

ку ЗСУ к дереву, зажим рычагами ЗСУ, срезание и сталкивание дерева с пня, подтаскивание дерева в зону обработки (если необходимо), обрезку сучьев и раскряжевку хлыстов на сортименты, укладку сучьев. Составляющие продолжительности цикла зависят от природнопроизводственных факторов.

3.5. Трелевка лесоматериалов

Трелевка (от английского глагола to trail – тащить, волочить) – перемещение древесины от места валки до места погрузки на лесовозный транспорт (верхний склад или погрузочный пункт). Трелевка является самой трудо- и энергоемкой операцией лесосечных работ и оказывает наиболее существенное влияние на почвенно-грунтовые условия будущей вырубки. В случае если собираемая на лесосеке древесина вывозится на нижний склад лесозаготовительного предприятия или потребителя без перегрузки на верхнем складе или погрузочном пункте, то такой технологический процесс называется прямой вывозкой древесины.

В зависимости от принятого технологического процесса лесосечных работ древесина может трелеваться в виде деревьев, хлыстов, полухлыстов или сортиментов.

62

По виду применяемого оборудования различают следующие виды трелевки: гужевую, тракторную, канатную и воздушную (вертолетную или аэростатную).

В зависимости от способа закрепления лесоматериалов на трелевочном оборудовании различают трелевку в непогруженном положении, полупогруженном положении, полуподвешенном положении, полностью погруженном положении и полностью подвешенном положении.

Наиболее распространенной в настоящее время является тракторная трелевка пачек хлыстов или деревьев в полупогруженном положении, осуществляемая специальными трелевочными тракторами с канат- но-чокерным или бесчокерным технологическим оборудованием. Трелевочные тракторы с пачковыми захватами осуществляют трелевку пачек деревьев или хлыстов в полуподвешенном положении. Тракторная трелевка сортиментов осуществляется сортиментовозами (форвардерами) в полностью погруженном положении.

Применение тракторов на трелевке древесины ограничивается в основном рельефом местности и несущей способностью грунтов.

При невозможности применения тракторов (уклоны местности более 22° или сильно заболоченная лесосека) на трелевке древесины применяются различные виды канатных трелевочных установок (КТУ) и реже вертолеты или аэростаты, применяемые для трелевки особо ценных пород древесины в горной местности.

Трелевочная техника также называется первичным транспортом

леса.

Тракторная трелевка древесины. Для трелевки могут применяться: тракторы общего назначения, специальные трелевочные тракторы и многооперационные лесозаготовительные машины (валочнотрелевочные и пр.). При трелевке в полупогруженном или полуподвешенном положении, в зависимости от того, какая часть пачки закреплена на тракторе, различают трелевку комлями вперед или вершинами вперед.

Основные схемы расположения волоков и показатели работы первичного транспорта леса. Основным показателем является среднее расстояние трелевки.

Сдостаточной для практических целей точностью (с допущением

оравномерном расположении запаса древесины по лесосеке) среднее расстояние трелевки может быть определено как:

где: К1 и К2 – коэффициенты зависящие от схемы расположения трелевочных волоков, К0 – коэффициент, учитывающий увеличение расстояния трелевки из-за маневрирования трактора К0 =1,1…1,2; В – ширина лесосеки (протяженность перпендикулярная усу лесовозной дороги); L – длина лесосеки.

63

Трелевочные волоки располагают в зависимости от лесоводственных требований, почвенно-грунтовых и рельефных условий, по одной из типовых схем, которые в каждом конкретном случае дают максимальное сокращение среднего расстояния трелевки. Существует семь основных схем расположения трелевочных волоков (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Схемы расположения трелевочных волоков:

а – параллельная; б – с широким фронтом отгрузки; в, г - перпендикулярные; д – диагональная; е – радиальная; ж – веерная; заштрихованный участок – пасека

Трелевочные волоки подразделяются на магистральные и пасеч-

ные:

Магистральный волок – это простейший транспортный путь, по которому древесина доставляется на верхний склад или погрузочный пункт. Пасечный волок - это простейший транспортный путь, по которому древесина заготовленная на одной пасеке транспортируется на верхний склад. Пасека – это элементарная часть лесосеки на которой производится полный технологический цикл работ выполняемых в лесу перед трелевкой, древесина с которой вывозится по одному волоку.

Области использования схем расположения трелевочных волоков. Параллельная схема – одна из наиболее распространенных, используется при разработке с сохранением подроста.

Схема с широким фронтом отгрузки – характерна отсутствием разделения волоков на пасечные и магистральные, используется при большой ширине лесосеки и значительном запасе леса на гектаре.

Перпендикулярные схемы – используются в основном при заготовке леса многооперационными машинами.

Диагональная – применяется при наличии на лесосеке неэксплуатационных площадей.

Радиальная – применяется на заболоченных лесосеках и лесосеках со слабыми грунтами.

64

Веерная – применяется при трелевке канатными установками без несущего каната.

Таблица 3.4

Значения коэффициентов К1 и К2

Практика показывает, что наименьшее расстояние трелевки для всех схем расположения волоков достигается при длине лесосеки равной ее удвоенной ширине (2В=L).

Помимо среднего расстояния трелевки к основным показателям работы первичного транспорта леса относятся: грузооборот, грузовая работа, грузонапряженность трелевочных волоков и коэффициент пробега.

Грузооборотом отдельного волока или сети волоков в целом называется объем древесины перевозимой к погрузочным пунктам.

Грузовая работа первичного транспорта леса определяется количеством кубокилометров выполняемых по отдельному волоку или всей сети волоков. Грузовую работу принято выражать графически в виде схемы грузопотоков пасечных или магистральных волоков.

Обычно пасеки имеют прямоугольную или треугольную форму. Максимальный грузооборот волока определяется по формуле:

Грузонапряженность – определяется количеством грузовой работы, приходящейся на 1 км трелевки леса и характеризует необходимую прочность волоков, (м3 км/км)

где: LП и LМ – соответственно длины пасечных и магистральных волоков. На практике встречаются случаи совмещения нескольких схем расположения трелевочных волоков при разработке лесосеки, в таком случае среднее расстояние трелевки с большой точностью может быть

определено по зависимости:

65

i=1

где: RП и RM –грузовая работа, соответственно пасечных и магистральных волоков; QM – грузооборот магистральных волоков; n1 и n2 – соответственно количество пасечных и магистральных волоков.

Расчет рейсовой нагрузки и производительности трелевочного трактора. Объем пачки, трелюемой трактором, должен соответствовать силе тяги на крюке, тяговому усилию лебедки, силе тяги трактора по сцеплению и допустимой грузоподъемности. Эти данные берутся из технической характеристики машины. На рис. 3.12 приведена схема для расчета нагрузки на рейс трактора.

Рис. 3.12. Схема для расчета рейсовой нагрузки трелевочного трактора

Уравнение равномерного движения трактора с пачкой:

где: Fк - касательная сила тяги определяемая по выражению:

F = NηТР , (3.29)

к υ

Р

где: N – мощность двигателя трактора, Вт, ηТР – КПД трансмиссии; υР – скорость движения трактора на второй передаче, м/с.

Отсюда сила тяжести трелюемой пачки:

66

где: Fк – касательная сила тяги трактора, Н; Р – эксплуатационный вес трактора, Н; k – коэффициент распределения веса трелюемой пачки между трактором и волоком.

Коэффициенты сопротивления движению трактора: зимой ϕт=0,09…0,18; летом – 0,14…0,25; пачки при трелевке хлыстами зимой ϕп=0,50, летом – 0,70; при трелевке деревьями зимой и летом ϕп=0,90; α - угол уклона пути движения трактора с пачкой, град.

Сила тяги по сцеплению движителя трактора с грунтом определя-

ется:

где: µ - коэффициент сцепления движителя с грунтом или снегом (летом µ=0,4…0,8; зимой µ=0,3…0,5).

Условия ограничения по сцеплению:

Fсц>Fк. (3.32) Если это условие не выполняется, то в формулу для определения

веса пачки вместо Fк подставляется Fсц.

Условие ограничения по допускаемой грузоподъемности трактора:

где: q – допускаемая нагрузка на коник трактора, Н.

Проверка ограничения трелюемой пачки по тяговому усилию лебедки для чокерных тракторов производится по следующей формуле:

где: Fл – тяговое усилие лебедки, Н.

За расчетную рейсовую нагрузку принимается наименьшая вели-

чина Qп.

Объем древесины в трелюемой пачки определяется по формуле:

где: Qп - расчетная рейсовая нагрузка, кН; Vп – объем трелюемой пачки, м3; βк - доля веса пачки, приходящаяся на крону (0,13…0,3); βкр - доля веса пачки, приходящаяся на кору (0,08…0,12); ρ - объемный вес древесины, кН/м3, определяется как средневзвешенная величина для свежесрубленной древесины, исходя из породного состава насаждения.

Время отцепки пачки для тракторов с пачковым захватом определяется аналогично бесчокерным тракторам.

В формулах обозначены: l — среднее расстояние подачи собирающего каната от трактора к месту чокеровки, м; Vx — средний объем хлыста, м3; п — количество рабочих, участвующих в чокеровке; qга — ликвидный запас древесины на 1га, м3; кф.п. — коэффициент формирования пачки, при выполнении в один прием - 1; в два приема - 1,2—1,5; в три приема - 1,7—2,0.

Сменная производительность трактора (Псм), м3/см, определяется по зависимости:

где: t – число часов в смене; ϕ1 – коэффициент использования рабочего времени (летом – 0,9; зимой – 0,85).

Трелевка канатными установками. Канатные установки применяются в условиях переувлажненных почво-грунтов и сильно пересеченной местности (холмистой или горной). В первом случае возможно и желательно проведение лесосечных работ в зимний период, когда влияние влажности грунтов незначительно. Однако, это приводит к ярко выраженной сезонности работ не только на вывозке, но и на заготовке леса, кроме того, если в период краткосрочной аренды лесозаготовителю «не повезет с зимой» и она буде характеризоваться небольшими морозами и частыми оттепелями, то использование на трелевке обычной техники – гусеничных и тем более колесных трелевочных тракторов будет крайне затруднено, а зачастую и невозможно. В этом случае у лесозаготовительного предприятия могут возникнуть дополнительные издержки, зачастую весьма значительные.

Понятно, что в труднопроходимых или непроходимых для трелевочных тракторов условиях технологические операции валки деревьев, обрезки сучьев и раскряжевки (если предусматривается трелевка полухлыстов или сортиментов) могут выполнять при помощи ручных моторных инструментов, и возможность выполнения лесосечных работ будет лимитироваться, в основном, возможностью выполнения операции трелевки древесины.

Канатные трелевочные установки характеризуются возможностью передачи тягового усилия на значительные расстояния, при этом энергетическая установка остается на месте, а передача усилия производится канатной тягой. Основными узлами канатных установок являются: мачты, канатоблочная оснастка, лебедка и грузовая каретка (только у уста-

69

новок с несущим канатом), к которой при помощи чокеров крепятся трелюемые лесоматериалы.

Мачты (опоры), в зависимости от типа установки подразделяются на головные, тыловые, а многопролетные установки имеют также и промежуточные, установленные между головной и тыловой, мачты предназначены для крепления на них части канатоблочной оснастки (блоков поддерживающих и поднимающих над землей канаты). В качестве мачт могут быть использованы комлевые хвойные бревна, длиной 12…16 м, с диаметром в верхнем отрубе не менее 24 см, закрепленные 3…4 канатными растяжками, растущие хвойные деревья со спиленной вершиной на высоте 12…16 м, или специальные металлоконструкции. На вершину мачты надевается деревянный наголовник со скобами для крепления блоков и растяжек.

Канатоблочная оснастка, в зависимости от типа установки, включает в себя тяговый, тягово-несущий, раздельно несущий и тяговогрузоподъемный, возвратный, а иногда отдельный грузоподъемный канаты. Помимо канатов, в оснастку входят: грузовой крюк, блоки талперы и др. Правила выбора применяемых канатов аналогичны правилам для кабель-крановых установок.

Лебедки служат в качестве привода. Основными узлами лебедок канатных трелевочных установок являются двигатель, редуктор, барабаны и органы управления. Двигатель может быть электрическим и внутреннего сгорания, это зависит от возможности подключения лебедки к электропитанию на лесосеке, в большинстве случаев в качестве энергетической установки применяется дизельный двигатель. Барабаны лебедки имеют независимое управление, их количество и канатоемкость определяются конструкцией лебедки и назначением барабанов. Как правило, лебедки имеют несколько барабанов (3…6). Многобарабанные лебедки также называются агрегатными, т.к. большое число барабанов дает возможность выполнять несколько технологических операций без привлечения других механизмов. Барабаны подразделяются на основные и вспомогательные, рабочие и возвратные. Трелевка лесоматериалов обеспечивается рабочим и холостым (возвратным) барабанами. Холостой барабан предназначен для возврата на лесосеку рабочего каната и прицепного устройства (чокеров, грузовой каретки), остальные барабаны используются для погрузки и разворота подтрелеванных пачек.

Грузовая каретка состоит из ходовых катков и подвешенной к ним рамы, на которой укрепляются блоки рабочего каната. Катки изготавливаются из стали, с целью увеличения срока службы они могут иметь футеровку. Обод катка должен иметь форму, дающую наибольшую поверхность контакта с несущим канатом, что уменьшает давление катка на канат, и, в свою очередь, повышает его долговечность.

70