2.3.4Расчет сменной производительности бензомоторных пил и валочных машин

Важным оценочным показателем работы бензомоторных пил является их сменная производительность. При ее расчете применяют несколько подходов. В одних случаях делают подробный баланс времени работы пилы, отдельно рассчитывая элементы времени, составляющие цикл работы. В других случаях за основу берут время чистого пиления, а остальные элементы учитывают через коэффициенты к нему.

Наибольшее практическое применение получили более обобщенные формулы расчета производительности вида

,

где  – время смены, ч;

 – коэффициент использования времени смены;

 – средний объем хлыста, м³;

 – время обработки одного дерева, с.

Коэффициент использования времени смены есть отношение суммарного времени, затрачиваемого на валку в течение смены, к продолжительности смены. При фотохронометраже установлены значения в пределах 0,25…0,45, в зависимости от категории древостоя и запаса древесины на 1 га. Меньшие значения принимаются при валке тонкомера, а больше – при валке более крупного леса.

Средний объем хлыста берется из таксационного описания лесосеки.

Время обработки одного дерева можно представить в виде составляющих

,

где – время на подготовку рабочего места – удаление подлеска, утаптывание снега зимой и т.д.

– время, затрачиваемое на спиливание дерева с учетом выполнения подпила, с;

– время на переход от подпила к спиливанию, принимается в пределах 3…5 с;

– время падения дерева и отход от него, принимается в пределах 5…10 с;

– время на переход от одного обрабатываемого дерева к другому.

Время на подготовку рабочего места зависит от состояния площади лесосеки и его рекомендуют принимать на незахламленной лесосеке с небольшим количеством подлеска  с, а с учетом расчистки снега  с;

Чистое время спиливания дерева с учетом подпила определяют по формуле

,

где – средний диаметр дерева в месте его спиливания, который берется для дерева со средним объемом хлыста, см;

– коэффициент увеличения площади спиливания за счет подпила, ;

– коэффициент использования производительности чистого пиления. На валке деревьев ;

– производительность чистого пиления мотоинструмента, м²/с. По технической характеристике современных бензомоторных пил значение П_ч.п устанавливается в пределах 60…130 см²/с. С учетом реальных условий работы, затупления пил и возможности их периодического заклинивания величина П_ч.п. может снижаться до значений 20…40 см²/с.

Более точно время чистого пиления можно определить, учитывая размеры основного реза, недопила и подпила.

Площадь в месте среза дерева непосредственно взаимодействующая с пильной цепью будет равна

где – площадь поперечного сечения дерева в месте среза;

– площадь поперечного сечения недопила в месте среза.

Значение равно

,

где – средний диаметр в срезе дерева.

Значение можно определить с учетом реального расположения недопила как площадь прямоугольника шириной, равной ширине перемычки на расстоянии от края ствола дерева (глубина подпила, см. рис. 12) и высотой, приблизительно равной (рис.12).

,

Учитывая, что =0,1 , будем иметь

,

Тогда значение определяется как

,

Тогда более точно чистое время, затрачиваемое на спиливание дерева можно определить по формуле

,

где – средний диаметр дерева в месте его спиливания, который берется для дерева со средним объемом хлыста, см;

– коэффициент, учитывающий способ выполнения подпила – при одном резе , при двух резах (косой рез) ;

– коэффициент использования времени чистого пиления: при одном резе , при двух – ;

– производительность чистого пиления см²/с, которая выбирается из технической характеристики мотопилы (75…120 см²/с).

В производственных условиях фактическая производительность чистого пиления существенно отличается от паспортной, так как она зависит от ряда факторов: величины усилия надвигания; типа и качества заточки пилы; породы древесины; времени года, частоты и продолжительности зажима пильной цепи в пропиле и т.д. С учетом этого снижается относительно паспортных данных до значений 12…28 см²/с.

Значение можно определить как

,

где – среднее расстояние перехода к очередному для срезания дереву;

– коэффициент, учитывающий условия перехода вальщика с учетом обхода встречающихся на пути деревьев и визуального поиска от меченных в рубку деревьев, принимается в пределах 1,23…1,5;

– скорость перемещения вальщика, которая принимается в пределах 1,0…1,5 м/с;

– коэффициент, учитывающий вид рубки и соответствующее удлинение пути, которое принимается6 при сплошных рубках ; при осветленных ; при прочистках ; при прореживаниях ; при проходных рубках 1,5…2,0.

Принимая допущения о равномерном размещении деревьев по площади (поэтому в расчетах учитываем расстояние между поочередно обрабатываемыми деревьями как усредненное), можно сначала определить число деревьев на 1 га, исходя из ликвидного запаса древесины на 1 га и среднего объема хлыста

,

а затем, учитывая, что каждому дереву соответствует единичная площадь (можно считать ее квадратной) определить величину как равную стороне такого единичного квадрата

С учетом выражения (26), получим

.

При рубках ухода за лесом можно при определении ориентироваться на количество деревьев, отведенных в рубку в зависимости от ее вида и очередности рубок, условий проведения породного состава, которое колеблется в широких пределах и составляет при осветлениях – 1000…3000, при прочистках – 400…1000, при прореживаниях – 200…500 и при проходных рубках – 80…300 шт на 1 га.

В этом случае величину нужно определять по формуле

С учетом регламентированных простоев производительность бензопилы рассчитывают по формуле

,

где – регламентированные простои, которые составляют =1,67 ч – при валке дерева без помощника и =1,06 ч – при валке с помощником;

 – коэффициент использования пилы в течение смены;

 – время подпила, опиливания и сталкивания одного дерева;

 – время перехода от одного дерева к другому;

 – время подготовки рабочего места.

Значения элементов времени , и , составляющих время цикла работы пилы при валке одного дерева, могут быть определены аналитически. Так, при расчете исходят из среднего диаметра дерева в месте пропила, производительности чистого пиления, времени падения одного дерева и т.д. При расчете учитывают среднее расстояние между деревьями, зависящее от среднего запаса древесины на 1 га и среднюю скорость перемещения моториста.

Кроме расчетных показателей, можно ориентироваться и на данные исследований и фотохронометража. Так, при изменении среднего диаметра дерева в пределах 8…48 см, значение изменяется от 18 до 120 с. С учетом (кроме уже указанных для факторов) также глубины снега и захламленности лесосек, величина составляет 8…15 с. Время подготовки рабочего места на незахламленной лесосеке с небольшим количеством подроста составляет 3…6 с, с учетом расчистки снега – 5…10 с.

Поскольку в знаменателе, в отличие от первой формулы дается полное время цикла работы мотопилы, в отличие от в формуле (33) величина принимается большей – 0,4…0,6.

Средняя фактическая производительность одной бензомоторной пилы составляет 70…100 м³/смену.

На валке деревьев следует учитывать не только производительность бензопилы, но также и производительность труда. Для этого делят сменную производительность бензопилы на число рабочих в звене вальщика. Отсюда ясна выгода применения различных приспособлений к мотопиле, позволяющих сократить или даже исключить число помощников вальщика.

Производительность валочных машин (циклического действия) рассчитывают с учетом регламентирования простоев, но в отличие от аналогичного расчета производительности бензомоторных пил регламентированные простои принимаются с учетом специфики тракторных работ. Формула в этом случае для расчета сменной производительности при машинной валке леса имеет вид

,

где  – сменная производительность трелевочного оборудования, м³;

 – время смены;

, ,  – затраты времени, соответственно, на подготовительно-заключительные работы, обслуживание и отдых и личные надобности;

 – средний объем хлыста, м³;

 – время обработки одного дерева.

Оборудование в отрезки времени, обозначенные в числителе формулы в скобках, не работает, поэтому при подсчете производительности они исключаются из общего времени смены, при этом значение этих исключаемых затрат времени заранее планируется. Так, для определенного типа оборудования устанавливается значение (время на подготовку к выполнению задания, инструктаж, прогрев и запуск двигателя, переезд машины со стоянки к месту работы и т.д.) и (время на заправку машин, наружный осмотр, проверку и дозаправку масла, топлива). Для тракторных агрегатов обычно задается суммарное значение, и оно составляет от 30 до 50 мин. Также задается значение в соответствии с нормативами по труду в % от оперативного времени (разность в числителе формулы ) в пределах 8…12 %, что составляет 30...40 мин.

По приведенной формуле рассчитывается нормированная производительность, которая включается в рекомендуемые нормы выработки на конкретное технологическое оборудование. В действительности реальная производительность может отличаться от нормированной из-за несоблюдения рекомендуемых затрат времени (нарушение времени на отдых, на техническое обслуживание), а также вследствие того, что кроме так называемых регламентированных простоев не удается избежать и нерегламентированных. Сюда можно отнести потери времени на поломки, организационные неурядицы и потери из-за нарушения трудовой дисциплины.

Время цикла работы в процессе спиливания дерева пильным механизмом можно представить в виде суммы составляющих

где – время наводки пильного механизма на дерево;

– время на спиливание дерева;

– время на сталкивание дерева;

– время на переезд машины к очередному для обработки дереву.

Применительно к машине ВМ-4 время на наводку пильного механизма на дерево складываем из его перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях. Вертикальная наводка может совмещаться по времени с выдвижением пилы, а горизонтальная наводка осуществляется при движении трактора с последующей остановкой у дерева. Учитывая сложность процесса наводки, его затруднительно определять аналитически, и обычно значение определяют фотохронометражом ( = 25…40 с).

Время на спиливание дерева определяют, исходя из поперечного размера ствола в месте срезания и производительности чистого пиления

где – средний диаметр ствола дерева в месте спиливания, см;

– производительность чистого пиления, которая составляет 200…250 см²/с;

– коэффициент использования производительности чистого пиления, принимаемый в пределах 0,6…0,7.

Время на сталкивания дерева (в которое можно включить и время падения) для рычажной машины определяется временем поворота валочного рычага.

Время, затрачиваемое на перемещение машины равно

где – путь перемещения машины к очередному обрабатываемому дереву, м;

– скорость перемещения машины, принимаемая равной 0,5…0,7 м/с.

Величину можно считать равной среднему расстоянию между соседними деревьями , которое можно определить как

,

где под корнем в числителе площадь одного га в м²;

– число деревьев на 1 га.

Значение с учетом таксационных показателей можно определить по выражению

где – ликвидный запас древесины на 1 га, м³;

– средний объем хлыста, м³.

При расчете производительности валочных машин, работающих на проход, используют формулу

где – ширина обрабатываемой полосы, м;

– скорость перемещения машины, зависящая от технических средств и размеров древостоя; колеблется в пределах от 1 до 1,5 м/с;

– время смены, ч;

– коэффициент использования, ;

– ликвидный запас древесины, м³/га;

– коэффициент, учитывающий снижение скорости агрегата при спиливании дерева, .