CC BY
22
УДК 630*377 А.Н. Бестужев, В.Д. Валяжонков, Ю.А. Добрынин
СВОЙСТВА КИНЕМАТИКИ ДВИЖЕНИЯ ТРЕЛЕВОЧНОГО АГРЕГАТА НА РУБКАХ УХОДА
Приведены основные свойства кинематики движения трелевочного агрегата с применение критерия путеемкости, составленного на базе трактора МТЗ-82 и лебедки при проведении рубок ухода в таежной зоне Северо-Запада.
Ключевые слова: рубка ухода, кинематика трелевочного агрегата, цикловой путь, математическое ожидание.
A.N. Bestuzhev, V.D. Valyazhonkov, Yu.A. Dobrynin PROPERTIES OF THE SKIDDING UNIT MOVEMENT KINEMATICS AT THE ATTENDANCE CUTTINGS
The basic properties of the skidding unit movement kinematics with the way capacity criterion application, made on the tractor МТЗ-82 and winch base at the attendance cuttings in the Northwest taiga zone are given.
Key words: attendance cutting, skidding unit kinematics, cyclic way, mathematical expectation.
Достижение эффективного применения принятой технологии и технических средств ее реализации на рубках ухода за лесом невозможно без использования рациональной кинематики движения мобильных трелевочных агрегатов. Необходимо иметь полное представление о свойствах кинематики движения агрегата. В связи с этим были проведены всесторонние исследования по изучению особенностей затрат пути при трелевке древесины. Учитывая возросший интерес использования на рубках ухода колесных сельскохозяйственных тракторов классической компоновки, в качестве объекта исследований был выбран трелевочный агрегат, созданный на базе трактора МТЗ-82 и лебедки с тяговым усилием 30 кН.
Технологический процесс проходных рубок ухода (ПРУ), реализуемый трелевочными агрегатом, представляет собой замкнутый цикл, состоящий из последовательно выполняемых фаз отдельных видов его работ. В свою очередь, каждая фаза процесса также имеет самостоятельный замкнутый цикл, состоящий из последовательно выполняемых отдельных технологических и вспомогательных операций. Порядок выполнения фаз всего цикла первичной транспортировки хлыстов от ПРУ Цпру можно представить следующей схемой:
Цпру = Цп + *Цф + *Цт + ^Цс , Цс = Цк + *Цш , (1)
где Цп, Цф, Цт, Цс - соответственно циклы фаз: набор пачки (подтаскивание и подтрелевка хлыстов с пасеки), формирование пачки, трелевка пачки, работа на складе; Цк - выравнивание комлей; Цш - штабелевка сортиментов.
На основании анализа подобных работ и предварительных наблюдений составлены балансы кинематики движения трелевочного агрегата и его оснастки, перемещаемой как лебедкой, так и человеком. Они имеют вид:
- набор пачки:
т(1цн)=т(1цно)+т(1цнэ)=[т(1ран)+т(1рлн)+
+ т(1хан) +т(1хлн)+т(1кн)]+[т(1рлнэ)+т(1хлнэ)+т(1кнэ)]; (2)
- формирование пачки:
т(1_цф)=т(1рлф)+ т(1хлф) + т(1кф); (3)
- трелевка пачки:
т(1цт)=т(1цто)+т(1_цтэНт(1рат)+т(1<ат)+
+ т(1хлт)+т(1кт)]+[т(1хатэ)+ т(1рлтэ)+т(1хлтэ)+т(1ктэ)]; (4)
- работа на складе:
т(1_цс)=т(1рас)+ т(1хас); (5)
- выполнение технологического процесса в целом:
т(1ц)=т(1ц°)+т(1цэ)=[т(1рац)+т(1рлц)+т(1хац)+
+ т(1хлц)+ т(1кц)]+[т(1рлцэ) + т(1хлцэ)+т(1хацэ)+т(1кцэ)]. (6)
Составляющие балансов являются случайными величинами и обозначены согласно теории вероятности как т^ц) и т(1). При этом т(Ц) обозначает суммарный путь агрегата и его оснастки в течение цикла /-й фазы или технологического процесса в целом. С помощью т(Ц) обозначены протяженность технологических и вспомогательных операций как фаз, так и процесса. Верхние индексы обозначений н, ф, т и с соответствуют фазам набора, формирования и трелевки пачки, а также работе на складе. Индекс ц относится непосредственно к обозначению цикла технологического процесса, а о и э представляют его основную и экологическую части. Нижние индексы ра, ха, рл, хл и к соответствуют протяженности рабочего и холостого хода агрегата, рабочего и холостого хода лебедки и перемещения каната рабочим.
Приведенные балансы полностью отражают структуру пути, учитывающую все составляющие перемещений при выполнении агрегатом отдельных операций и приемов работы. Все отрезки пути, направленные на обеспечение сохранения экологии, выделены в отдельные составляющие. Знание характера изменения данных балансов под воздействием факторов природно-производственных условий и конструктивных параметров агрегата является весьма важным при проектировании технологического процесса, оценки применения и оценки эффективности использования агрегата. Балансы протяженности пути дают полное представление о взаимодействии агрегата с поверхностью лесосеки, отражая при этом отрезки пути каждой операции, имеющей свой характерный уровень воздействия на поверхность, и необходимости экологического обеспечения.
Экспериментальные наблюдения за работой агрегата, с целью выявления параметров его кинематики движения, производились на лесных площадях Великоустюгского сельского лесхоза, которые являются наиболее характерными для условий таежной зоны Северо-Запада. Выбранная делянка имела следующую характеристику: состав древостоя - 3С3Е3БОс; запас древесины - 250 м3/га; объем хлыста - 0,18.. .0,23 м3; состав подроста - 10Е; его количество - 3000 шт/га.
Наблюдения осуществлялись при выполнении производственной программы хозяйства. Применялась традиционная среднепасечная технология проведения ПРУ. Ширина пасек равнялась 40 м, технологического коридора - 4 м. Он разделял пасеки на две равные половины. Максимальное расстояние трелевки 250 м. Объем выборки древесины составил 25%. Валка производилась бензопилами, трелевка выбранным агрегатом. Пачка массой до 1,8 т формировалась из 7.10 хлыстов. Полученная информация наблюдений после статистической обработки представлена в таблице 1 составляющими каждого баланса пути (2)...(6) в виде математического ожидания, его стандартного отклонения и вероятности появления. Судя по коэффициенту вариации, представляющего собой отношение стандартного отклонения к математическому ожиданию, составляющие балансов пути имеют невысокую изменчивость 17,1.21,1 %.
Таблица 1
Балансы распределения затрат пути при работе на площади 1 га
Показатель математическое ожидание т(Х), м/га Значение: стандартное отклонение о(х), м/га вероятность
Фаза Техноло- гический процесс
набор пачки форми- рован. пачки трелевка пачки работа на складе
1 2 3 4 5 6
Баланс распределения затрат пути по фазам
Цикловые затраты пути, т(Ц) 13398,1 2433 0,326 1185,2 213 0,029 22598,1 3904 0,551 3869,0 739 0,094 41050,4 7013 1,0
Окончаниетабл 1
1 2 3 4 5 6
Балансы распределения затрат пути на основную и экологическую части фаз и процесса
Цикловые затраты пути т(Ц) 13398,1 1185,2 22598,1 3869,0 41050,4
2433 213 3904 739 7013
1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Цикловые затраты пути основной 12051,3 1185,2 22569,2 3869,0 39674,7
работы т(Ь^0) 2218 213 3897 739 6824
0,899 1,0 0,999 1,0 0,966
Цикловые затраты пути на обеспече- 1346,8 00 28,9 00 1375,7
ние экологии т^э) 257 00 5,84 00 266
0,101 0,0 0,001 0,0 0,034
Балансы распределения затрат п ути по операциям фаз и процесса
Цикловые затраты пути т(ЬЦ) 13398,1 1185,2 22598,1 3869,0 41050,4
2433 213 3904 739 7013
1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Путь рабочего хода агрегата 4733,2 00 8765,2 996,5 14494,9
т(1ра/) 932 00 1692 202 2769
0,353 0,0 0,387 0,258 0,353
Путь рабочего хода каната лебедки 831,5 503,9 64 00 1341,8
т({рл/) 167 96,7 1,35 00 267
0,063 0,425 0,001 0,0 0,033
Путь холостого хода агрегата 5592,9 00 13527,4 2872,5 21992,8
т((хЛ) 1079 00 2462 554 4091
0,417 0,0 0,599 0,742 0,536
Путь холостого хода каната лебедки 895,3 80,9 202,2 00 1178,4
т(1хЛ) 183 15,7 41,1 00 225
0,067 0,068 0,009 0,0 0,029
Путь каната переносимого рабочим 1345,2 600,4 96,9 00 2042,5
т(Ц) 270 113 19,5 00 384
0,1 0,507 0,004 0,0 0,049
Анализ сопоставления полученных данных показывает, что наибольшую вероятность (55,1 % в общем балансе пути) занимает фаза трелевки пачки. Для ее выполнения потребовалось 22598,1 м/га пути. Основное количество данного пути 13527,4 м/га (59,9 %) приходится на холостые перемещения агрегата. Значительную протяженность 8765,2 м/га (38,7 %) занимает здесь рабочий путь агрегата. Превышение протяженности холостого хода над рабочим на 4762,2 м/га объясняется, в первую очередь, за счет выполнения реверсирования направления движения при приближении агрегата к пачке с помощью одного или двух петлевых разворотов. Путь холостого хода каната лебедки с вероятностью 9,0 % получен при освобождении от пачки на складе.
Второе место в цикловом пути технологического процесса занимает путь фазы набора пачки 13398,1 м/га (32,6 %), около 41,7 % (5592, м/га) этого пути приходится на холостой ход агрегата, а на рабочий - 35,3 % (4733,2 м/га). Большая длина холостого хода по сравнению с рабочим вызвана необходимостью выбега агрегата при растормаживании лебедки для отцепки хлыстов при многократной их подтрелевке для набора пачки. Десятую долю пути фазы (1345,2 м/га) занимает перемещение каната рабочим для чокеровки хлыстов.
Всего 9,4 % циклового пути технологического процесса приходится на фазу складских работ, которые выполняются агрегатом. При этом из 3869,0 м/га пути данной фазы 74,2 % занимают маневры холостого хода агрегата, остальной путь потребовался агрегату для выравнивания комлей хлыстов и штабелевки сортиментов.
Наиболее короткий путь 1185,2 м/га имеет фаза формирования пачки. На нее приходится только 2,9 % циклового пути технологического процесса. Наибольшую часть пути фазы 50,7 % (600,4 м/га) занимает перенос каната рабочим. Значительную долю пути 42,5 % совершает канат лебедки при рабочем ходе в процессе формирования пачки.
Наибольшее представление о рациональности кинематики движения трелевочного агрегата и его оснастки, перемещаемого как лебедкой, так и человеком, дает баланс распределения затрат пути по операциям технологического процесса в целом. Полученные данные показывают, что более половины пути техноло-
гического процесса 53,6 % (21992,8 м/га) приходится на выполнение вспомогательных операций холостым ходом агрегата. Для выполнения технологических операций агрегатом пройдено рабочим ходом расстояние в 14494,9 м/га (35,3 %), а канатом лебедки в этом же режиме преодолено только 1341,8 м/га (3,3 %). Заметная доля в 4,9 % (2042,5 м/га) общего пути относится к перемещению каната физически человеком.
Баланс сменных затрат пути при работе агрегата МТЗ-82 + лебедка можно представить уравнением
1Г1^см) = т(_р) + 1Т|(_в) + 1Т|(Ьго) + 1Т|(_пз). (7)
Здесь принятые индексы СМ, Р, В, ПЗ, ТО и ОЛ обозначают принадлежность затрат пути соответственно на выполнение: работы агрегатом в течение смены, рабочего режима агрегата и лебедки (полезной работы), вспомогательной работы (холостых ходов агрегата и лебедки), технологического обслуживания, подготовительно-заключительных работ.
Математическое ожидание суммарного пути смены составляет 48074,8 м/га (о = 8312 м/га). Его распределение в соответствии с уравнением (7) представлено на рисунке. Из приведенных данных видно, что внецикловые перемещения составляют 14,6 % суммарного пути смены. Они в основном связаны с переездами от места стоянки до места работы и обратно (33,1 %). Наибольшие затраты пути отмечаются на выполнении вспомогательных и рабочих операций, которые составляют 48,3 и 32,9 %.
Для оценки принятой кинематики движения воспользуемся коэффициентом использования пути. Выражения для его определения при выполнении отдельных фаз и в целом цикла имеют следующий вид:
т(фЦ')=т(1р')/т^Ц')=[т(1ра')+т(1рл')]/ т^Ц'); т(фра')=т(1ра')/тО_Ц'); т(фрл')=т(1рл')/т^Ц').
Коэффициенты дают возможность судить, насколько рационально построен технологический процесс с позиции полезного использования кинематики движения трелевочного агрегата и его оборудования. Их значения представлены в таблице 2. Полученные данные показывают, что цикловые суммарные затраты пути реализуются полезно только на 38,4 %, а затрат смены - на 32,9 %. Столь неэффективное использование пути вызвано применением канатно-чокерной оснастки.
Однако основным свойством кинематики движения является путеемкость выполняемой работы. Данный показатель дает наиболее объективное представление об эффективности использования пути. Его размерность для рубок ухода м/га или м/м3. Значения путемкости рабочих операции и в целом выполняемой работы рассматриваемым агрегатом представлены в таблице 3. Из 41050,4 м/га цикловой путеемкости востребовано на путеемкость полезной работы 35,3 % (14494,9 м/га) при рабочем ходе агрегата и 3,3 % (1341,8 м/га) при рабочем ходе лебедки. Путеемкость трелевочных режимов работы агрегата, которые выполнялись только на фазах набора и трелевки пачки, составила 13498 м/га. Толкающие же режимы, выполняемые с помощью отвала и щита при работе на складе, имеют путеемкость 996,5 м/га. Практически вся продолжительность рабочего режима лебедки сосредоточена на выполнении фаз набора и трелевки пачки. При этом канат имеет путеем-кость 1335,4 м/га.
Ьт (7024,5 м-га, 14,6 %)
Ьв (23196,5м/га, 48,3%)
Распределения суммарного сменного пути агрегата и его оснастки при трелевке древесины от рубок ухода с 1 га
Таблица 2
Оценка полезного использования затрат пути при выполнении фаз и в целом технологического процесса
Показатель т(Фрц) т(фрсм) т(Фрац) т(фрасм) т(Фрлц) т(
Набор пачки 0,415 - 0,353 - 0,063 -
Формирование пачки 0,425 - 0,0 - 0,425 -
Трелевка пачки 0,387 - 0,387 - 0,001 -
Работа на складе 0,258 - 0,258 - 0,0 -
Технологический процесс 0,384 0,329 0,353 0,302 0,033 0,028
Таблица 3
Путеемкость выполнения фаз и технологического процесса
Показатель тЫ т(с Ьлц) тШ
м/га м/м3 м/га м/м3 м/га м/м3
Набор пачки 4733,2 77,98 831,5 13,7 13398,1 220,7
Формирование пачки 0,0 0,0 503,9 8,3 1185,2 19,5
Трелевка пачки 8765,2 144,4 6,4 0,1 22598,1 372,3
Работа на складе 996,5 16,42 0,0 0,0 3869,0 63,7
Технологический процесс 14494,9 238,8 1341,8 22,1 41050,4 676,3
Любой вид рубки леса является экстремальным экологическим стрессом для лесной среды. Необходимо на каждой стадии лесопользования сократить до минимума вредные воздействия на лесной биоценоз, что способствует быстрому его восстановлению. Для этого необходимо иметь четкое представление о характере и степени влияния каждого воздействия.
Общая протяженность перемещений, связанных контактами с поверхностью лесосеки, при полном объеме выборки деревьев 60,7 м3 составляет тЩ) = 39872,12 м/га (о = 6832 м/га), т.е. на перемещение 1 м3 древесины необходимо затратить 656,9 м/га пути. Это внушительная величина «топтания» лесосеки, отрицательно сказывающегося на экологии лесной среды. При этом 38,2 % данного пути требуется на перемещение хлыстов, заготовленных в технологическом коридоре, и 56,7 % - в пасеке. Оставшаяся часть пути 5,1 % приходится на перемещение каната рабочим. Как мы видим, наибольшая вероятность «топтания» поверхности делянки отмечается при выборке деревьев с пасеки. Повышенный контакт в данном случае объясняется, в первую очередь, большим объемом работ, связанных с маневрами для набора пачек.
Подтаскивание хлыстов лебедкой сопровождается наиболее агрессивным воздействием на оставляемые на доращивания деревья, благополучный подрост, живой напочвенный покров и почву. Необходимо сводить к минимуму протяженность данной технологической операции. Кроме того, для устранения возникновения возможности появления негативных последствий должен быть задействован человеческий фактор. При выполнении рассматриваемой технологии ПРУ эта проблема решалась раскряжевкой хлыстов на полу-хлысты и изменением «вручную» их направления подтаскивания. Наиболее прогрессивным ее решением является выполнение данной операции с помощью манипулятора. В нашем случае при проведении ПРУ на 1 га протяженность возможности наиболее агрессивного воздействия составляет 831,47 м/га (о = 167 м/га). Для лесной среды это значительная величина.
Затраты пути на экологическое обеспечение в целом по технологическому процессу составили 3,4 % (см. табл. 1). Данная путеемкость равна 22,664 м/м3. Основное количество пути экологического обеспечения используется на выполнении фазы набора пачки.
Выводы
1. Установлена структура кинематики движения трелевочного агрегата МТЗ-82+лебедка при выполнении проходных рубок ухода. Дана количественная и качественная оценка как отдельных элементов, так и в целом всей структуры с применением критерия путеемкости. Суммарный цикловой путь технологического процесса распределяется по основным фазам работы следующим образом: набор пачки - 32,6 %, формирование пачки
- 2,9 %, трелевка пачки - 55,1 % и работа на складе - 9,4 %. При этом набор пачки имеет путеемкость 220,7 м/м3, формирование пачки - 19,5 м/м3, трелевка пачки - 372,3 м/м3 и работа на складе - 63,7 м/м3.
2. Повышенная путеемкость фаз набора и трелевки пачки указывает на необходимость совершенствования кинематики движения агрегата при выполнении данных работ. Положительные результаты в этом направлении можно ожидать от замены лебедки с канатно-чокерной оснасткой на гидроманипулятор с самозажимным коником и применения на тракторе реверсивного поста управления. Эти мероприятия дадут возможность значительно сократить путь рабочего и холостого режимов работы агрегата. Кроме того, подтаскивание хлыстов с пасеки гидроманипулятором в большой степени уменьшит путь агрессивного воздействия на лесную среду.
3. Полезный путь, при котором совершается рабочий режим агрегата, составляет 30,2 % сменного пути, а каната лебедки - 3,3 %, то есть 66,5 % сменного пути движения трелевочного агрегата и его оснастки, перемещаемой как лебедкой, так и человеком, расходуется на выполнение вспомогательных операций. Приведенные данные говорят о необходимости совершенствования кинематики движения.
4. Для сведения к минимуму вредные воздействия на лесной биоценоз необходимо учитывать при проектировании кинематики движения дополнительный путь для поддержания экологического равновесия лесной среды.
Литература
1. Прохоров В.Б. Эксплуатация машин лесозаготовительной промышленности. - М.: Лесн. пром-сть, 1976. - 34 с.
2. Винокуров Г.К. Технология лесозаготовок. - М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 294 с.
'--------♦-----------
УДК 631.548.9 М.В. Орешкин
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА РАСТЕНИЕВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ
НА АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ
В статье рассмотрены вопросы объемной обработки почвы орудиями на основе плоскорезов. Дается обоснование расстановки рыхлителей на плоскости и в объеме.
Ключевые слова: рыхлитель, рациональная расстановка, повозащитная обработка.
M. V. Oreshkin PERFECTION OF THE TECHNOLOGIES OF PLANT GROWING PRODUCTS PRODUCTION ON THE AGROECOLOGICAL BASIS
The issues of volumetric tilling by means of the tools made on the basis of the flat hoes are considered in the article. The reasoning of the cultivators allocation on a plane and in a volume is given.
Key words: cultivator, rational allocation, soil protective cultivation.
В настоящее время, вследствие всемирного экологического кризиса, диаметрально изменилась система подходов и научных представлений о дальнейших путях развития и ведения, как растениеводства, так и земледелия в целом.
Целью исследований явились методы увеличения производства сельскохозяйственной продукции при рациональном использовании материальных ресурсов, сохранении окружающей среды и почвенного плодородия.
Основные задачи были следующими:
1. Разработать основные положения и обосновать закономерности и особенности формирования и совершенствования подсистем технологий производства растениеводческой продукции в техногенноизме-ненной среде.
2. Дать всестороннюю оценку применения усовершенствованных подсистем технологий для производства растениеводческой продукции.
Научная новизна работы подтверждается 8 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения (а.с. 1496662, 1725781, 1766292; патенты РФ 2091997; 2102844; 2102846; 2240661; 2260929).
