CC BY
10
УДК 630*6(075.8) Проф. М.П. Мартинцв, д-р техн. наук;
здобувач Н.М. Собко - НЛТУ Украши, м. Львiв
АНАЛ1З ПРИРОДНИХ I ВИРОБНИЧИХ УМОВ РОБОТИ Л1СОВИХ МАШИН НА Л1СОЗАГОТ1ВЛЯХ УКРАШСЬКИХ КАРПАТ
Виконано аналiз роботи люових машин шд час освоення прських лiсiв Карпат. Отримано зведенi даш гiрського лiсосiчного фонду та розподшу ухилiв трас лiсосiк Укра1нських Карпат. Запропоновано за критерш оцiнювання ефективност роботи машин прийняти виробничий потенщал, наведено залежнiсть для його визначення. Встановлено потребу в канатних установах за типами i вантажопiдiймальнiстю для освоення люових масивiв Карпат.
Щд час освоення прських л1с1в використовують спещальну техшку, пристосовану до специф1чних умов експлуатацп. II виготовляють провщш ф1рми Захщно! Свропи [1-3]. Однак на люозагопвлях Укра1нських Карпат ще використовують техшку, розроблену для р1внинних умов люозагопвель, морально 1 ф1зично застарша [4, 5]. Це великогабаритна, енергоемна техшка, яка завдае непоправну шкоди прським люам. Для обгрунтування необхщносп замши тако! техшки виконано анал1з роботи юнуючих машин на люозагопвлях Укра1нських Карпат.
Люозагопвля - галузь, яка добувае деревину, для потреб людини. Кожний елемент люово! площ1, кожне дерево можуть бути охарактеризован однозначними величинами параметр1в, як в1др1зняються м1ж собою. Тому для розрахунюв 1 проведення дослщжень доцшьно користуватися середшми значеннями показниюв, що характеризують рельеф люосж, яюсть грунту, таксацшш показники деревосташв (запас деревини на одинищ площ, д1аметр, об'ем, висота деревосташв 1 т. ш.). Однак, для правильного вибору парамет-р1в машин та оптимального керування виробництвом, значення середшх показниюв недостатньо, необхщно мати статистичш характеристики природних умов [6, 7]: диспресп або середньоквадратичш вщхилення, диференщальш або штегральш функцп розподшу щшьностей 1мов1рностей 1 т. ш.
Кафедрою прикладно! мехашки НЛТУ Укра!ни (м. Льв1в), з участю автор1в було проведено обстеження люосж держлюгосшв Льв1вського, 1вано-Франювського, Закарпатського та Чершвецького обласних управлшь, як тд-лягали освоенню. З метою встановлення характеру розпод1лу ухил1в трас ль сосж, що планувалися до рубання, отримаш даш були оброблеш за вщомою методикою [8, 9]. Величини середшх ухил1в трас були розбит за класами. На вщмшу вщ шших регюшв свггу, в Карпатах схили пр однозначш (без р1зних перелом1в) протяжнютю до 1,3-1,6 км з переважною крутизною 22-30о У табл. 1. наведено процентний розподш люових схил1в за протяжнютю 1 крутизною, а в табл. 2 - зведеш даш люошчного фонду.
Табл. 1. Розподл
Найменування Всього Схеми до 20о Схеми 20-30° Схеми понад 30о
Прсью схили з протяжнютю до 500 м 40 15 70 15
Прсью схили з протяжнютю понад 500 м 60 15 55 30
Табл. 2. Зведеш дат гiрського .йсос'гчпого фонду УкраТнських Карпат
Умовна серед- Середнш Кiлькiсть Сумарна Сумарний Середня вщстань
ня довжина Ухили,° об'ем хлис- лiсосiк за площа л^щний запас, м3 вщ юнця люом-
лiсосiки, м та, м3 2,7 роки сосжи, га ки до дороги, м
Рубки промiжного користування
до 0,4 15 78,7 6975 1310
15-20 0,4-0,8 26 104,1 6445 1260
бiльше 0,8 14 34,3 2616 1190
до 0,4 36 166,2 12470 1490
до 400 м 20-25 0,4-0,8 58 304,0 1459 1370
бшьше 0,8 34 115,7 8576 1220
бшьше 25 до 0,4 6 28,2 1189 1560
0,4-0,8 14 55,6 2193 1640
бшьше 0,8 31 136,1 9406 1390
до 0,4 47 666,6 14244 1790
15-20 0,4-0,8 51 609,2 32255 1640
бшьше 0,8 31 185,8 11695 1580
бшьше до 800 м до 0,4 120 1476,4 41243 1640
20-25 0,4-0,8 бшьше 0,8 128 121 1579,3 1343,3 61431 104085 1600 1570
бшьше 25 до 0,4 17 206,7 5228 1710
0,4-0,8 51 576,5 20698 1590
бшьше 0,8 72 849,8 44109 1540
до 0,4 32 1095,3 14268 2150
15-20 0,4-0,8 32 1188,5 45068 2150
бшьше 0,8 24 690,9 56993 2130
до 400 м 800 м до 0,4 78 3534,8 38758 2220
20-25 0,4-0,8 113 3425,6 116897 2336
бшьше 0,8 104 2823,2 267187 2140
бшьше 25 до 0,4 26 308,4 14853 1800
0,4-0,8 35 1160,2 43007 2090
бшьше 0,8 56 1192,8 86918 2110
Рубки головного користування
до 0,5 34 90,1 18882 970
15-20 0,5-1,0 84 287,0 109223 1230
бшьше 1,0 26 77,7 35556 1280
до 0,5 83 235,0 54982 1260
до 400 м 20-25 0,5-1,0 196 702,9 259574 1330
бшьше 1,0 112 425,8 217847 1590
бшьше 25 до 0,5 47 154,2 25569 1360
0,5-1,0 59 243,8 76865 1800
бiльше 1,0 23 105,4 51731 1380
до 0,5 12 86,7 13962 1510
15-20 0,5-1,0 32 252,0 109155 1360
бшьше 1,0 11 84,7 40391 1540
вщ 400 м до 800 м до 0,5 67 683,7 102368 1450
20-25 0,5-1,0 бiльше 1,0 147 81 1108,8 658,7 392192 306550 1590 1500
бшьше 25 до 0,5 23 240,6 30400 1550
0,5-1,0 32 243,0 77062 1340
бшьше 1,0 15 119,9 44407 1040
Для отримання результата за методами математично! статистики бу-ло визначено такi показники: Середне арифметичне:
п
УУ,
М =->■-, (1)
Пн
де: yi - величина ухилу траси /'-то! люошки; п - кшьюсть люосж, як вщво-дяться до дано! групи ухилiв.
Середне квадратичне вщхилення:
■ = ± У
д2
I Пн-1
де х - вщхилення окремих результатiв вщ середнього арифметичного.
Середня похибка середнього арифметичного
= ± а
то = .
^Пн
(2)
(3)
Варiацiйний коефiцiент:
Показник точности
У =1000^.0%. (4)
М
р = ±—о-. (5)
М0
Для виявлення загально! закономiрностi розподiлу ухилiв трас Укра-!нських Карпат побудовано криву нормального розподшу.
Найбiльшу висоту Н криво! нормального розподшу визначали за формулою
О 4к-п
Но = ^^^, (6)
а
де к - класовий промiжок.
Величини координат криво! визначали, як у=кН, де к - числовий ко-ефiцiент [9]. Абсциси, що вiдповiдають ординатам нормально! криво!, обчис-лювали за формулою
х = М ±а-а, (7)
де а - коефщент, що виражае абсцису в долях а. Для порiвняння експери-
ментально! криво! i вiдповiдно! !й криво! нормального розподiлу було обчис-
лено показники асиметрi! та ексцесу.
Показник асиметрп становив:
У х3 -5 439 А = = ' = -0,124. пн- а 53-0,828
Похибка показника асиметрп:
Показник ексцесу:
Я = 3 _ _128,312_ = 0,П6.
пн •а 53 • 0,777
Середня похибка показника ексцесу.
тЕ = 2тА = ±2 • 0,336 = ±0,672.
Показники асиметрп та ексцесу обчислеш способом сум [9].
Кривi розподшу ухилiв трас наведено на рис. 1. 1з цього рисунку видно, що отримана експериментальна крива мае невелику вiд'eмну асиметрт та невеликий позитивний ексцес i показуе, що найбiльше лiсосiк Украшських Карпат мае ухил траси 20-30°.
Вiдношення А / тп i Е / тЕ менше трьох, тому можна стверджувати, що розподш ухилiв трас лiсосiк в умовах Карпат тдпорядковуеться нормальному закону i може бути виражений рiвнянням, [9]:
ч 2
—по * — по
де: а =5,918 а=^=23,509 ° 32
Рис. 1. Кривiрозподту ухитв трас тсосж УкраТнських Карпат:
1) експериментальна, 2) нормальна
Залежно вщ ухилiв трас люосж вибирають базову технiку для первин-ного транспортування деревини.
На основi аналiзу використання трелювальних засобiв у гiрських регь онах Карпат встановлено, що для трелювання використовуються гусеничнi та колюш трактори, гужевий транспорт, лебiдки i рiдше пiдвiснi канатнi установки. Хоча зпдно з iснуючими нормативами для трелювання деревини на ухилах, що перевищують 20°, можна використовувати тшьки тдвюш канатнi установки або повггроплавальну технiку [10, 11]. Судячи з графiка (рис. 1)
для освоения прських лiсiв Карпат повинш, в основному, використовуватися тдвюш канатш установки. За останш роки на люозагопвлях Карпат почали використовувати установки Larix 550, Larix 3T, KSK-16/20, MAXWALDA 300S, FARMI JL 601, EGV 50.
Експлуатуються також лебiдки ТЛ-4 i установки типу кaбель-крaнiв. 1х використовують для навантаження колод на aвтомобiльний транспорт, а також для перевезення деревини на невелик вiддaлi (до 100 м) через природ-нi перешкоди. Для встановлення реально! картини використання люозаготь вельно! техшки в Карпатах виконано aнaлiз роботи окремих машин та меха-нiзмiв. Для прикладу, наведено таблицю результата aнaлiзу використання трелювальних установок i тракторних лебщок 1вано-Франювським ОУЛМГ (табл. 2). На рис. 2 показано вщносне використання рiзних трелювальних за-собiв на лiсозaготiвлях Укра!нських Карпат. 80
70
60
50
% 40 30 20 10 о
I960 1970 1980 1990 2000 2005 Р°К11 Рис. 2. Аналз використання л1созагот1вельно1 технши для освоення лгсосгк Укратських Карпат: 1) тракторне трелювання; 2) трелювання канатними установками; 3) гужове трелювання
На люозаготалях у прських районах кра!н Захщно! Свропи ширше використовують тдвюш канатш установки, а також сучасш багатооперацшш машини:
• харвестери: Valmet 911.3; Plustech; Menzi Mench A-91;
• зварювальш машини-роботи MR-30; THE BEAST;
• харвердери Valmet та ш.
На сьогодш вiдомо багато технолопчних схем освоення гiрських лiсiв, як вимагають використання вiдповiдних машин i мехaнiзмiв. Нaявнiсть знач-но! кшькосп альтернативних рiшень i концепцiй вибору системи машин ви-магае певних пiдходiв для встановлення вiдповiдних прюритета для здiйснення першочергових дослiджень. Таю прюритети можна встановити за результатами порiвняльно! експертно! оцiнки роботи машин за вщповщними критерiями.
При ощнщ роботи машин та виробничих процешв загалом розгляда-ють не абсолютну, а вiдносну ефективнiсть, яка характеризуе перевагу одного вaрiaнтa над шшим. Економiчнa ефективнiсть виробничих процешв та ро-
боти люозагопвельних машин характеризуеться не одним, а системою показ-никiв, серед яких можна вщзначити: розмiр питомих кашталовкладень К, пи-тома собiвартiсть робгг або продукцп С, [5, 6].
При порiвняннi декiлькох варiантiв затрати на проведення люозаготь вельних робгт можна визначити за формулою
Зп = С + Еп • К, (8)
де Еп - галузевий нормативний коефщент ефективносп капiтальних вкла-день.
Зведенi затрати на експлуатащю машин можна представити у виглядi суми iнтегральних функцiоналiв:
п Ь Г 1 г- -I
Зпр = 01Зо(х,иЩЛ \sijl, (9)
^=11=1 j=1 t=lL л
де: п - кшьюсть лiсосiк, на яких ведуть люозагопвлц 0 - об'ем робiт на вшх люозагопвлях; / - час, за який проводиться розроблення люосж; Ь - кшьюсть операцш, як проводяться на вiдповiднiй люосщц г - кшьюсть машин кожного типу; З0 - умовно зведеш затрати на виконання певно! операцп машинами одного типу, вiднесенi до об'ему робiт i часу.
Умовно зведеш затрати можна визначити зi залежносп:
30 = З1 + 32 + З3 + 34 + 35 + Зб, (10)
де: З1 - затрати на дослщш i проектнi роботи, зв'язаш з розробкою певних машин; З2 - затрати на оргашзащю виготовлення машин; З3- затрати на оргаш-зацiю виробничого процесу; З4 - затрати на обслуговування машин; З5 - втра-ти вщ простою машин; З6 - втрати вщ невiдповiдностi параметрiв машин, ви-робничим умовам, що приводить до еколопчних збиткiв.
Зведенi затрати можна прийняти як основний критерш економiчноl ефективностi. Одним з основних показниюв експлуатацшно! ефективностi машин е продуктившсть працi за одиницю часу. Змшну продуктивнiсть цик-лiчних машин, що виконують одну виробничу операцiю, можна визначати за формулою
П = (Т ~ гп \ККп ' 0р (11)
'
а машин безперервно! дп - за формулою
П = (Т - 1п)• ККп V• 0,, (12)
де: П - змша продуктившсть машин, м3; Т- тривалють змiни; /п - час на тд-готовку машини до роботи та 1! зупинку; К - коефщент використання робо-чого часу; Кп - коефщент використання потужностi машини; 0Р - номшаль-
3
не розрахункове навантаження на один цикл, м ; 1ц - середнш час одного циклу роботи машини; 0, - номшальне навантаження на виконавчий орган пода-чi; V - швидюсть руху виконавчого органу.
Якщо машина протягом змiни виконуе деюлька (п) операцiй з об'ема-ми 0ь 0г-0п i змiнною продуктивнютю на кожнiй операцп вiдповiдно П\,
П2...ПП тодi ефективнiсть 11 роботи можна оцшити умовним коефiцieнтом за-вантаження:
п 0
кп = (13)
и П,
Експлуатацiйну ефективнiсть машин i процесiв характеризують також металоемнютю, витратами паливомастильних матерiалiв та надiйнiстю роботи. Роботу машин характеризують також конструктивш i технологiчнi пара-метри. Щд час роботи системи машин ефективнють кожно1 з них можна ощ-нити виробничим потенщалом, який враховуе основнi фактори впливу на продуктивнють працi за перiод виконання певно1 операцп. Виробничий по-тенщал машини на заданому iнтервалi часу можна визначити, як штеграл вщ функцп продуктивносп за формулою
г = къ1\П (г , (14)
де: кЪп - коефщент, що враховуе додатковi витрати продукци (на власнi потреби, пошкодження, втрати i тлн.); П(г) - функцiя продуктивносп працi.
Функщя продуктивной працi розглядаеться за малий промiжок часу на достатньо великому iнтервалi [О, Т]е(Т>>А/). Тобто на даному iнтервалi часу не проводилося спещальних заходiв щодо пiдвищення продуктивносп машин. Тодi ми отримаемо реальну залежнiсть виробничого потенцiалу вiд природних факторiв та експлуатацiйних параметрiв.
Визначення виду функцп продуктивностi зводиться до встановлення чисельних значень окремих природних та експлуатацшних параметрiв.
Функцiя продуктивносп може бути отримана внаслiдок спостережень за роботою машини на достатньо тривалому iнтервалi часу за рiзних парамет-рiв. Оброблення результатiв спостережень дасть змогу отримати рiвняння регресп у видi:
п (г) = аг+Ъ, (15)
де а i Ъ - вщповщш коефщенти в рiвняннi регресп.
Кшькють основних машин, що працюють паралельно, можна визначити за залежнютю:
п = -0-, (16)
Т ■ П
де: 0 - об'ем заготовки деревини; Т - термш заготовки, змши; П - середня продуктивнють машини за зм^.
Виробничий досвщ використання канатних трелювальних установок, а також аналiз 1х роботи i технiко-економiчнi розрахунки показали, що типаж трелювально-транспортних установок за погано розвинуто! сiтки дорiг у прських умовах повинен забезпечувати роботу "на спуск", !х вантажот-дшмальнють повинна бути 8 кН, 16 кН, 32 кН.
Як транспортш установки, що працюють на спуск, добре зарекомен-дували себе установки типу ЛЛ-26. До типажу самохщних установок повиннi бути пред'явленi загальш вимоги:
• установки иовинш бути мобшьними, тобто забезпечувати самоперебазування;
• система канатного оснащення повинна базуватися на принцит роботи з несучим канатом, який забезпечуе використання канатав мшмальних д1аметр1в та тдвищення культури виробництва;
• система канатного оснащення повинна забезпечити, залежно ввд конкретних умов, нашвтдвгсне або тдтсне трелювання деревини;
• рад1ус дц установок повинен бути до 1000 м.
Для обгрунтування необхiдного типажу канатних установок в умовах Украшських Карпат вивчено характеристику люоичного фонду основних ль созаготiвельних об'еднань, яю ведуть заготiвлю деревини в прських умовах.
Лiсосiки згрупованi за схилами 15о ... 19о, 20о ... 25о i бiльше 25о з умовно прийнятою довжиною люосжи до 400 м, 400. 800 м i бшьше 800 м. Лiсосiки групуються також за середнiм об'емом стовбура до 0,5 м3; 0,5.1.0 м3 i бiльше 1 м3. Середнш об'ем стовбура визначае вантажот-дшмальшсть канатно! установки, довжина лiсосiки визначае 11 радiус ди i тип. Внаслщок аналiзу одержано потребу в канатних установках для ос-воення люових масивiв Карпат, яку показано в табл. 3.
Табл. 3. Необхiдна юльшсть установок для освоення гiрських .ист Карпат
2 к к • - 2 о Нахил, о Загальна кшьюсть установок за типами
рубка загального користування рубки головного користування
УЗ 2- о со 1 Й го С й О я багатопрольотш 1 Й с « О я
тран-спор-тш трелюваль-но-тран-спортш
до 400 м 15-20 0,4 0,5 0,3 1,0 5,7 1,8
20-25 0,8 2,1 1,0 3,2 16,6 12,7
бшьше 25 0,1 0,5 1,3 1,9 7,0 2,5
ввд 400 до 800 м 15-20 1,5 8,6 1,3 0,8 6,4 2,2
20-25 5 8,1 13,9 8,0 27,5 20,1
бшьше 25 2,6 6,0 6,9 2,8 5,7 3,7
бшьше 800 м 15-20 1,8 5,1 8,2 0,3 0,7 0,3 0,3 0,7 0,3 0,2 0,3 0,1
20-25 8,1 16,3 10,6 0,8 4,8 0,3 0,7 4,5 0,3 0,4 2,5 0,2
бшьше 25 2,9 7,5 12,7 0,2 1,4 0,2 1,3 0,1 1,1
Всього 23 55 56 9 8 18 70 4,3 5
Отже, кшьюсть установок, яю одночасно повинш працювати на люо-заготiвлях в Укра!нських Карпатах, становить:
1. Мобшьт канатш установки з рад1усом ди до 400 м \ вантажопщймаль-шстю: 8 кН - 10 шт.,16 кН - 33 шт., 32 кН - 23 шт.
2. Мобшьт канатш установки з рад1усом ди 400.800 м \ вантажопщймаль-шстю: 8 кН - 20 шт.,16 кН - 58 шт., 32 кН - 47 шт.
3. Установки типу ЛЛ-26, ЛЛ-30 радiусом дп 800-1000 м. - 21 шт.
4. Спареш канатш системи, яю можуть працювати замють установок типу
ЛЛ-26, 8 шт.
За наведеною методикою кшькють установок може визначити кожне люозатсшвельне тдприемство тсля вщповщното коректування р1чного плану люозатсшвель та врахування зношування канатних систем.
Л1тература
1. Олег Стирашвський. Основи еколопзацп л1созагот1вл1 та транспорту люу / Олег Стирашвський. - Льв1в : РВВ НЛТУ Украши, 2008. - 104 с.
2. Мартинщв М.П. Анашз роботи та принцип формування машин для освоення гiрських лгав / М.П. Мартинщв, Й.С. Бандера, О.Т. Ковальчик // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Украши. - 2006. - Вип. 16.5. - С. 59-62.
3. Собадырь А.И. Мобильные канатные лесотранспортные системы / А.И. Собадырь, В.Л. Коржов // Оборудование, инструмент : Междунар. информац.-техн. журнал. - № 9(55), 2004. - С. 20-24.
4. Шюря Т.М. Технолопя i машини люоачних роб1т / Т.М. Ширя. - Льв1в : Вид-во "Тр> ада-плюс", 2003. - 352 с.
5. Синякевич 1.М. Лiсовa полггика: теорiя i практика у контекст екож^чних, еколопч-них та сощальних проблем лiсокористувaння / 1.М. Синякевич, 1.П. Соловiй, О.В. Врублевсь-ка та ш. - Львiв : ЛА "Шрамща", 2008. - 612 с.
6. Алябьев В.И. Оптимизация производственных процессов на лесозаготовках / В.И. Алябьев. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1977. - 232 с.
7. Алябьев В.И. Математическое моделирование и оптимизация производственных процессов на лесозаготовках / В.И. Алябьев. - М. : Изд-во МЛТИ, 1982. - 67 с.
8. Метропольський А.К. Техника статистических вычислений / А.К. Метропольський. -М. : Физматиз, 1966. - 479 с.
9. Пилипчук М.1. Основи наукових дослщжень : шдручник [для студ. ВНЗ] / М.1. Пи-липчук, А.С. Григор'ев, В.В. Шостак. - К. : Вид-во "Знання", 2007. - 272 с.
10. Правила рубань в прських люах Украшських Карпат. - К. : Держком. люов. госп., 2003. - 24 с.
11. Закон Украши "Про мораторш на проведення сущльних рубок на прських схилах в ялицево-букових люах Карпатського репону" вщ 10.02.2000 р., № 1436-ШИ // Вiдомостi Верховно!' Ради Украни, 2000. - № 8. - С. 221-236.
Мартинцив М.П., Собко Н.М. Анализ естественных и производственных условий работы лесных машин на лесозаготовках Украинских Карпат
Выполнен анализ работы лесных машин при освоении горных лесов Карпат. Получены сводные данные горного лесосечного фонда и распределения уклонов трасс лесосек Украинских Карпат. Предложено критерием оценки эффективности работы машин принять производственный потенциал, приведена зависимость для его определения. Установлена потребность в канатных установках по типам и грузоподъемностью для освоения лесных массивов Карпат.
Martinciv M.P., Sobko N.M. Analysis of natural and industrial conditions of forest machinery at the timber of the Ukrainian Carpathians.
The analysis of forest machines in the development of the Carpathian mountain forests. These summary data mining shelterwood Fund and the distribution of slopes of lines cutting areas Ukrainian Carpathians. A criterion for evaluating the effectiveness of the machines to take production capacity, given the dependence for its determination. Established the need for mouth-rope Nobah by type and load for the development of the Carpathian forests.
