CC BY
25
ристання кле!в на основi ПВА дисперсш до складу яких входять основа i кис-лий затверджувач. Саме таю композицп забезпечують високу водо- i теплос-тiйкiсть з'еднань на !х основi при аналогiчних режимних параметрах скле-ювання як i для звичайних ПВАД.
Лiтература
1. Г.С. Михайл1вська, В.В. Панов. Кле'1 для склеювання деревини. - Льв1в: Аф1ша, 2003. - 176 с.
2. Голиков В.И., Ресина З.Ф. Пособие для работников ллабораторий мебельных предприятий. - М.: Лесн. пром-сть, 1967. - 164 с.
3. Зигельбойм С.Н. Термопластичные клеи в производстве мебели. - М.: Лесн. пром-сть, 1978. - 104 с.
4. М.Э. Розенберг. Полимеры на основе винилацетата. - Л.: Химия, 1983. - 176 с.
5. Фрейдин А.С. Полимерные водные клеи. - М.: Химия, 1985. - 144 с.
УДК630*.3.001.12/18 Доц. О.А. Стирашвський, канд. техн. наук;
Р. €. Польовий - НЛТУ Украти, м. nwie
ЕКОЛОГ1ЧНО БЕЗПЕЧН1 УМОВИ ВИКОРИСТАННЯ ТИПОВИХ Л1СОВИХ МАШИН В УКРАШСЬКИХ КАРПАТАХ
Стутнь пошкодження опорно'1 поверхш тд час наземного трелювання деревини значною мiрою залежить в1д вщповщносп параметрiв конструкцп i показникiв прохiдностi л1сово'1 машини ухилу мюцевосп i витримувальнiй здатностi грунту. Обгрунтовано екологiчно безпечнi умови (ухили i перiоди року) експлуатацп типо-вих лiсових машин в Украшських Карпатах.
Ключов1 слова: типовi лiсовi машини, екологiчно безпечнi умови використан-ня, опорна прохiднiсть, контактний тиск на грунт.
Assoc.prof. О.А. Styranivsky; eng. R.Ye. Polyovuy-
NUFWT of Ukraine, L'viv
Environmentally friendly conditions of the use of typical forest machines in Ukrainian Carpathians
The degree of ground damage during wood skidding largely depends on accordance of construction parameters and forest machine gradeability to slope of locality and bearing capacity of soil. Environmentally friendly conditions of the use of typical forest machines in Ukrainian Carpathians (slopes and periods of year) are described in the article.
Keywords: typical forest machines, environmentally friendly conditions of the use, gradeability, contact pressure on soil.
Вступ. Важлив1сть лiсовоi галуз1 для економ1ки краши безупинно зростае. У цьому контекст! Карпатський рег1он в1др1зняеться особливим при-родно-ресурсним потенц1алом. На площ1, що займае т1льки 6 % територ ii Ук-раши, зосереджено близько 30 % л1сового фонду держави (523 млн. м ), р1ч-ний об'ем л1созагот1вл1 в1д рубань головного користування у 2007 р. становив
3 * *
понад 1,6 млн. м . З шшого боку, л1си Украшських Карпат виконують важли-в1 туристично-рекреацшш, кл1маторегулювальн1, грунто- i водоохоронно-за-хисн1 функци. У 2003 р. Украiна шдписала "Рамкову конвенц1ю про охорону та сталий розвиток Карпат", у як1й задекларовано проведення всеб1чноi пол1-тики екобезпечного л1сового господарювання, пол1пшення якост1 життя, збе-реження природних цшностей та етнокультурно!" спадщини [1].
Для забезпечення виробничо! дiяльностi лiсогосподарськi шдприем-ства Украши потребують близько 5 тис. тракторiв, щорiчна потреба в нових техшчних засобах становить близько 600-650 одиниць. Однак на стогодш в Укршт не налагоджено випуску сучасних спещальних лiсозаготiвельних машин, тому лiсовi шдприемства вимушенi закуповувати машини закордонного виробництва чи використовувати для роботи в лiсi трактори загального (сiльськогосподарського) призначення, що часто призводять до значних пош-коджень люового середовища.
Мета щеТ роботи полягае в тишзацп лiсових машин для наземного первинного транспортування деревини i обгрунтуванш екологiчно безпечних умов !х використання.
ГШ-1 • • • • •
Типаж 1 технолопчн1 модул1 люових машин
Сьогоднi у свiтi домшують двi тенденци у створеннi люових машин: енергетичним модулем для не! може слугувати наявна модель сшьськогоспо-дарського чи промислового трактора або розробляеться конструкщя спещ-ально! машини, пристосовано! до конкретних умов роботи в лiсi. Перший напрям вiдрiзняеться нижчою собiвартiстю створених лiсових машин, але й вищими витратами на !х експлуатацiю. Спецiально спроектованi лiсовi машини надiйнiшi i економнiшi у експлуатаци, хоча 1хня вартють е вищою.
Технологiчне обладнання люотранспортних засобiв визначаеться зас-тосовуваною технолопею лiсозаготiвлi стовбурною чи сортиментною. За ос-таннi сорок рокiв зарубiжнi заводи-виробники створили та модернiзували по-над 800 моделей люових машин, iз них 57 % - чокерш трактори, 23 % - сор-тиментовози i безчокернi трелювальш трактори з гiдроманiпуляторами та 20 % - харвестери i звалювальш машини [2]. Наведенi данi свiдчать про пере-важання у свт, зокрема i в Укрш'ш, стовбурно! технологи лiсозаготiвлi, яка потребуе вщносно невисоко! густоти мережi лiсових дор^.
Упродовж останнiх десятилiть на люогосподарських пiдприемствах Украши найчисельнiшою моделлю трелювальних машин був гусеничний трактор ТДТ-55 з чокерним технологiчним обладнанням. Частка цих машин у 2003 р. становила близько 15 % вщ загально! кшькосп тракторiв, що вико-ристовували у лiсовому господарствi. Водночас останшми роками на люогос-подарських шдприемствах, зокрема Карпатського регiону, спостер^аеться стiйка тенденцiя iз замiни техшчно i морально застарiлих ТДТ-55 колюними машинами словацького (ЬКТ) i румунського виробництва (ТАБ).
Традицiйну стовбурну технологш заготiвлi деревини, зокрема у прсь-ких умовах Карпат, вже сьогодш почала витiсняти сортиментна технологiя, яка започаткована в Скандинави i знайшла широке застосування в переваж-нш бiльшостi краш Свропи, у Балти та Бiлорусi. Технологiчне обладнання сортиментовоза, який е головною транспортною ланкою у сортиментнш технологи люозаго^вл^ базуеться на тракторi iз подовженою рамою, що опи-раеться на балансирний двовiсний вiзок. Таке конструктивне рiшення забез-печуе здатнiсть транспортувати машиною сортименти довжиною до 6 м та використовувати вiзковi гусениц для зменшення контактного тиску на грунт i покращення И тягово-зчшних властивостей. Використання сортиментовоза
дае змогу сортувати деревину безпосередньо на люоЫщ або пiд час переван-таження на лiсовозний автопотяг i транспортувати ïï безпосередньо спожива-чу. Ще одна перевага сортиментовоза порiвняно з трелювальним трактором полягае у його вищш екологiчнiй безпечностi завдяки транспортуванню деревини у повшстю навантаженому положеннi.
Завдяки аналiзу варiантiв компонування, особливостей конструкцiй i головних техшчних параметрiв наявних лiсових машин, а також результат ранiше виконаних дослщжень [3,4] виявлено типовi для умов Украшських Карпат варiанти люових машин наземного трелювання деревини (табл. 1, 2).
Еколопчш ризики прсько1 люозагот1вл1
Грунтова поверхня трелювальних волокiв, якими рухаються люотран-спортш засоби, зазнае значних пошкоджень вщ рушiïв лiсових машин та деревини, що трелюеться. Потенцiйно нашстотшша негативна змiна у лiсовому середовишд унаслiдок лiсозаготiвлi, зокрема у прських умовах, полягае у ви-несенш грунтових частинок до водних потоюв (ерозiя грунту). Забруднення i захаращення цих потоюв люозаго^вельними рештками i грунтовими частин-ками негативно впливае на яюсть води та збшьшення потенцiйноï небезпеки виникнення повенi.
Багаторазовий рух люових машин тимчасовими люотранспортними шляхами супроводжуеться виникненням деформацiй у грунт (утворенням колiï). 1з збшьшенням вологостi витримувальна здатнiсть грунту зменшуеться i процес колiеутворення значно шдсилюеться.
Утворення колiï спричинюе ушiльнення грунтово1' поверхнi. Зона максимального стиснення грунту сягае глибини, що приблизно дорiвнюе полови-нi ширини шини (близько 300 мм). Таке ущшьнення зменшуе водопроникли-вi властивостi грунту i колiя стае чудовим каналом для руху зовшшнього потоку води. Тому дуже важливо, щоб мережа колш, утворених лiсовими машинами, не збшалася з напрямками руху води до потоку. Фiзичнi змши дов-кiлля, якi зумовлеш ушiльненням грунту, можуть iстотно впливати на обме-ження глибини проростання коршня насаджень, зменшення кругообiгу води та поживних речовин, поширення поверхнево1' ерози.
Пiд час руху лiсовi машини часто буксують. Внаслiдок цього змшу-ються грунтовi компоненти верхнього шару на глибину до 50 мм, пошко-джуеться рослинний шар, коршня i в екстремальних випадках на перезволо-жених грунтах утворюеться рщка грунтова маса.
Пошкодження, завдаш довкiллю внаслiдок машинно1' заготiвлi люу, класифiкують у такi головнi категори [5]: ерозiя грунту, колiеутворення, ущшьнення грунту i поверхневе пошкодження. Вплив на довюлля згаданих вище процеЫв визначатиметься вщстанню вiд лiсосiки до водних потоюв, то-пографiчними та погодними умовами, ix iнтенсивнiсть залежить вiд деюль-кох чинникiв: фiзико-меxанiчниx властивостей грунтовоï поверxнi, виду ру-шiя, контактного тиску на грунт, сили тяги машини та ш. У цш роботi обгрунтовано еколопчно безпечнi умови використання в прських умовах Украшських Карпат типових люових машин, виходячи iз аналiзу ïx опорно1' про-xiдностi та контактного тиску на грунт.
Табл. 1. Tunoei eapiaHmu технологiчних Modynie для наземного трелювання _деревини до кол1сного трактора класу тяги 14 кН_
Назва
Схема i головш техшчш параметри
Навшний трелювальний модуль
• потужнiсть двигуна базового трактора - 55.. .65 кВт;
• тягове зусилля лебiдки - 70.80 кН;
• дiаметр каната - 13.14 мм;
• довжина каната - 70.90 м;
• швидюсть намотування каната мшмальна (максимальна) - 0,55.0,6 (1,15.1,2) м/с;
• ширина агрегату - 1700.1800 мм;
• маса агрегату (без трактора) - 500.. .550 кг._
Причшний модуль для транспортування сортименив з активним приводом
• вантажнють 10 т;
• власна вага (без машпулятора) 2,35.2,7 т;
2
• площа поперечного перерiзу вантажу 2,2.2,4 м ;
• колюна формула 4х4;
• довжина 6 м;
• ширина 2,1.2,3 мм;
• висота (без машпулятора) 2,0 м;
• ^ренс 0,55.0,6 мм;
• довжина вантажного вщсшу 3,5.4,0 мм;
• максимальна досяжшсть машпулятора 6,3.6,5 м;
• вантажний момент машпулятора 35.40 кНм._
Табл. 2. Типовi варiанmи лшових машин для наземного трелювання деревини
Назва
Головш техшчш параметри
Колшний трелювальний трактор
• клас тяги - 17.. .20 кН;
• власна маса - 6,5.7,5 т;
• потужшсть двигуна - 70.90 кВт;
• база - 2,4.2,7 м;
• тшя - 1,7.1,9 м;
• дорожнш просв1т - 0,5.0,55 м;
• ширина колю - 450.550 мм;
• тягове зусилля лебщки - 70.90 кН;
• довжина канату - 60...80 м._
Гусеничний трелювальний трактор
• клас тяги - 30 кН;
• власна маса - 9,6 т;
• потужшсть двигуна - 70 кВт;
• база - 2,31 м;
• кол1я - 1,69 м;
• дорожнш просв1т - 0,55 м;
• ширина гусениц - 550 мм;
• тягове зусилля лебщки-10...90 кН;
Колшний сортиментовоз
• клас тяги - 30 кН;
• власна маса - 11,0.13,5 т;
• потужшсть двигуна - 90.110 кВт;
• база - 4,6.5,0 м;
• тшя - 1,9.2,1 м;
• дорожнш просв1т - 0,6. 0,65 м;
• ширина колю - 600.650 мм;
• вантажнють - 10,0. 12,0 т;
• вантажний момент машпулятора - 80.120 кН м;
• максимальна досяжшсть машпулятора - 8,5.10,0 м.
Методика дослщження
Бiльшiсть моделей з оцiнки опорно! прохщност транспортних засобiв базуються на рiвняннi тягового балансу у горизонтальны площинi. Мета роз-рахунку полягае у знаходженнi величини ухилу, на якому процес руху дося-гае межового стану, виходячи iз рiвностi рухомих сил та сил опору руховь Максимальний ухил, який може долати люова машина, визначають виходячи з двох умов: реалiзацп максимально! тягово! сили i обмеження за зчшними властивостями. Ми встановили, що у випадку трелювальних машин макси-мальний доланий ухил здебшьшого обмежуеться зчiпними властивостями. Тому ухил /ртах, який може долати люова машина за умови повного викорис-тання тягово! сили в руши, визначали за формулою
(О + кд)р - (О + £0/1 - (О + (1 - к)0/
I
(ртах
о+е
(1)
де: О - власна вага люово! машини; е - рейсове навантаження; к - частка на-вантаження, яка припадае на трелювальний трактор; ф - коефiцiентом зчеп-лення; / - коефщент опору коченню; / - коефщент опору волочiнню пачки деревини.
Коефщенти ф i / залежать вiд типу грунту i його вологостi, а значить вщ сезону здiйснення лiсозаготiвельних операцiй. Для встановлення величин цих коефщенлв керувалися рекомендацiями [6].
У багатьох публжащях критерiем екологiчно! сумiсностi рушiя люово! машини з опорною поверхнею з позици мiнiмiзацi! колiеутворення i ущiль-нення грунту прийнято вважати допускне значення контактного тиску рк. По-рiвняння рiзних методик визначення величин плошд контакту i середнього тиску на грунт показують рiзнi результати (розрахунковi значення вiдрiзня-ються в декшька разiв). Для визначення еколопчно безпечних умов викорис-тання люових машин ми використали рекомендаци Ecowood проекту [7], де наведено розрахунковi залежностi для визначення рк тах (2, 3) i вщповщну !м класифiкацiю грунтових умов за параметрами витримувально! здатностi: модулем пружнос^ Е грунту, його опору зсувним зусиллям т i конусним показ-ником С1 (табл. 3).
Колюш машини рк тах = О\/г • Ь; (2)
гусеничнi машини рктах = О\/(1,25г + 1)Ь, (3)
де: О1 - повна вага люово! машини, яка припадае на одне колесо (гусеницю); г - радiус колеса або опорного котка; I - довжина опорно! поверхш гусеницц Ь - ширина колеса або гусенищ.
Твердшть грунту (клас) Параметры витримувально! здатност1 Допускне значення питомого тиску, кПа
С1, кПа Е, МПа т, кПа
Висока (1) >500 >60 >60 >80
Середня (2) 300-500 20-60 20-60 60-80
Низька (3) <300 <20 <20 40-60
Для встановлення класу твердос^ типово! для Укра!нських Карпатах грунтово! супiшано! поверхнi в рiзнi перюди року ми виконали спецiальне дослщження залежнос^ показника С1 вiд масово! вологостi грунту Ж (рис. 1).
200 250 300 350 400 450 500 550 600 Березень Жовтень Сер пень
Рис. 1. Залежшсть вологостi eid конусного показника супщаного tpyHmy
Наявшсть тюного кореляцшного зв'язку мiж С1 i W свiдчить, що ко-нусний показник характеризуе витримувальну здатнiсть грунту i3 врахуван-ням його вологость Найвища витримувальна здатшсть опорно! поверхнi (клас твердостi - 1) спостершаеться влiтку (серпень) i вiдповiдно найнижча (клас твердостi - 2-3) - в весняно-осшнш перюд.
Обгрунтування еколог1чно безпечних умов використання
лкових машин для наземного трелювання деревини
На рис. 2 наведено залежност максимального ухилу i9max, який може долати лiсова машина за умови повного використання тягово! сили i обмежен-ня за зчшними властивостями для рiзних сезошв люозаго^вельно! дiяльностi.
а) 40
в)
35
30
25
20
15
10
-5
-10
) 10 2 0 30 40 0 90 10
Рейсове навантаження, %
. колюнии
. гусеничний
Рис. 2. 3anern;Hocmi максимально доланого ухилу eidрейсового навантаження трелювального трактора: а - лтшй; б - зимовий; в - остнъо-весняний перюди
Аналiз наведених залежностей показуе, що найкраща прохщнють про-тягом цшого року характерна для гусеничного трактора. Максимальний ухил, який може долати така машина без навантаження, змшяеться вщ 11,30-22,80 (взимку) до 19,30-34,60 (влiтку), тобто буде обмежуватися вимогами техшки безпеки (за мiжнародними нормами ILO - 220). Для колюного трелювального трактора i9max лежить у межах: 0°-14° (зимою) i 15,10-22,80 (лiтом), за нормами
ILO - 200.
Для зведення iнтенсивностi пошкодження опорно! поверхнi лiсовими машинами (зокрема, поверхневого пошкодження i ерози грунту) до еколопч-но сприйнятливо!' межi слiд дотримуватися спiввiдношення [5]:
i < 0, 75/^max , (4)
де i - ухил мюцевость
Результати розрахунку рк тах для типових люових машин, якi експлу-атують в Укра!нських Карпатах, наведено в табл. 4.
Табл. 4. Величина контактного тиску типових люових машин i3 максимальним навантаженням
Назва лшово! машини рк mах, кПа
Колшний трактор з навшним трелювальним обладнанням 72
Колшний трактор з причшним модулем 107
Колшний трелювальний трактор 65
Колшний сортиментовоз 78
Гусеничний трелювальний трактор 45
Порiвняння даних, наведених у табл. 3 i 4 та на рис. 1, дае змогу виз-начити як еколопчно безпечш перюди експлуатацп з позици мiнiмiзацi! ко-лiеутворення i ущiльнення грунтово! поверхнi для: гусеничних машин - весь рш, за винятком перезволожених перiодiв (березень - початок квггня); колю-них машин - вщносно сухий л^нш перiод (травень - жовтень) i зимовий пе-рiод (грудень - лютий) iз стiйко промерзлою, покритою снiгом опорною по-
верхнею. Колiснi трактори з причiпними модулями для транспортування де-ревини еколопчно безпечно експлуатувати у лiтнi (липень-вересень) та зимо-Bi (грудень-лютий) мюящ.
Висновки
Ступiнь пошкодження грунтово! поверхш пiд час трелювання дереви-ни (ерозiя, тшеутворення, ущiльнення i поверхневе пошкодження) значною мiрою залежить вщ вiдповiдностi технiчних параметрiв (повна вага, тип i роз-мiр шин, тиск повггря в них) i показниюв прохiдностi (максимальний дола-ний ухил) люотранспортного засобу ухилу мюцевосл та витримувально! здатностi грунту, яка залежить вщ вологостi, а значить - вщ перiоду року.
На основi аналiзу показникiв опорно! прохщносл i величини контактного тиску на грунт типових для Укра!нських Карпат люових машин визна-чено еколопчно безпечш умови (ухили i перюди року) !х експлуатацп. Зокре-ма, колiснi машини не рекомендовано експлуатувати без спещальних приспо-Ыблень, якi зменшують тиск на грунт, у весняний i осшнш перюди (коли С1 < 500 кПа), а гусеничнi машини - у перезволожений перюд року (коли С1 < 300 кПа - здебшьшого в березш i на початку кв^ня). Максимальнi величини ухилiв, експлуатащя на яких лiсових машин не призведе до значних еколопч-них порушень, наведено в табл. 5.
Табл. 5. Екологiчно безпечш умови експлуатацп л'штих машин
Рушш Максимальний ухил м1сцевост1, град
л1тнш перюд весняно-осшнш перюд
колшний 17,1 (11,3) 12,9 (2,2)
гусеничний 26,0 (14,8) 21,6 (8,5)
Примтка. в дужках - несприятлив1 умови.
Лггература
1. Рамкова коивеишя про охорону та сталий розвиток Карпат. Ратифшовано Законом Украши № 1672-1У ид 07.04.2004.
2. Адамовський М.Г., Бакай Б.Я. Аналiз i перспективи використання трелювальних тракторiв у лiсовому комплекс Украши// Наук. вiсник УкрДЛТУ: Люова iнженерiя: технiка, технологiя i довкшля. - Львiв: УкрДЛТУ. - 2004, вип. 14.3. - С. 175-182.
3. Стирашвський О.А. Кому творити техшку: системи машин для люового господар-ства// Деревообробник, 21 лютого - 6 березня. - 2006, № 4(142). - С. 4-5.
4. Библюк Н.1., Стирашвський О.А., Борис М.М., Герис М.1. Типаж i головш пара-метри перспективних колiсних лiсотранспортних машин// Наук. вюник НЛТУ Украши: Зб. наук.-техн. праць. - Львiв: НЛТУ Украши. - 2006, вип. 16.6. - С. 62-69.
5. Стирашвський О.А. Моделювання транспортного освоения прського люового маси-ву з врахуванням потенцiйних еколопчних ризиюв// Лiсiвнича академiя наук Украши: Науковi працi. - Львiв: Вид-во НУ "Львiвська полiтехнiкам. - 2004, вип. 3. - С. 133-138.
6. Ылик Б.В., Адамовський М.Г. Теорiя самохщних лiсових машин: Навч. пос. - Кшв-Львiв: 1ЗМН, 1998. - 208 с.
7. Owende P.M. O., Lyons J., Haarlaa R., Peltola A., Spinells R., Molano J., Ward S.M. Operations protocol for Eco-efficient Wood Harvesting on Sensitive Sites. Project ECOWOOD. Contract No. QLK5-1999-00991, 2002. - 74p._
