CC BY
33
В.А. Грязин
Марийский государственный технический университет
Грязин Владимир Альбертович родился в 1976 г., окончил в 1998 г. Марийский государственный технический университет, кандидат технических наук, доцент кафедры транспортно-технологических машин МарГТУ. Имеет около 50 печатных работ по оценке эффективности специальных лесных машин и оборудования, определению энергетических показателей их работы. Е-шаП: gryazin.vladimir@rambler.ru
ЭНЕРГОЕМКОСТЬ КАК ФАКТОР ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВАЛОЧНО-ТРЕЛЕВОЧНЫХ МАШИН
Приведены результаты определения энергоемкости 1 м3 древесины, трелюемой ва-лочно-трелевочными машинами. Полученные данные характеризуют эффективность формирования комплекса лесозаготовительных машин.
Ключевые слова: лесозаготовки, валочно-трелевочные машины, энергоемкость, производительность.
Современный процесс лесозаготовок ведется, как правило, с применением комплексов механизированной техники, обеспечивающей наивысшую производительность. В нашей стране на лесозаготовках традиционно применяют валочно-трелевочные машины (ВТМ), простые по конструкции, надежные в эксплуатации и имеющие достаточно низкую стоимость. ВТМ - многооперационная машина, выполняющая валку деревьев, их сбор и формирование в пачку в пакетоформирующем устройстве (ПФУ), трелевку на погрузочный пункт и при необходимости выравнивание комлей.
При формировании оптимального комплекса лесозаготовительных машин основополагающим фактором их производительности является энергоемкость работы ВТМ. Конструктивные и эксплуатационные параметры, оказывающие наибольшее влияние на энергоемкость лесозаготовок с применением ВМТ, можно определить по сменной производительности (Псм, м3) с учетом производственных факторов и технологических параметров [3]: П =_(Тсм - Iп.з.)Ф1^п_
см 10 000Уп / Ух Уп 3 3 ' -- + (г2 +-х-+ г4 + гЛ — + — + — +16
QTЛ Ьудв 2 /Ф2 Ппил (Н - 1,3) 45 Ух ут Vх 6 где Тсм - продолжительность рабочей смены, с;
гпз - время на выполнение подготовительно-заключительных операций, с;
Ф1 - коэффициент использования рабочего времени; Уп - объем формируемой пачки деревьев, м3; Ух - средний объем хлыста, м3;
Qга - эксплуатационный запас древесины на 1 га, м3;
Ь - ширина полосы леса, разрабатываемой ВТМ за один проход, м; удв - средняя скорость движения ВТМ, м/с;
t2 - время на подготовку дерева к спиливанию, с; f - видовое число ствола;
ф2 - коэффициент использования срезающего механизма ВТМ; Ппил - производительность чистого пиления срезающего механизма ВТМ, м2/с; Н - средняя высота дерева в насаждении, м; t4 - время на сталкивание спиленного дерева, с; t5 - время на укладку спиленного дерева в ПФУ машины или на
землю, с; S - среднее расстояние трелевки, м; vT, vx - средняя скорость движения ВТМ соответственно с грузом и без груза (холостой ход), м/с; t6 - время на сброску пачки с машины на погрузочном пункте, с. При поперечном пилении круглого леса [4]:
П nd2 H NP
П пил =-= Ни =-,
пил 4t кЬп
где t - время пропила, с;
Н - средняя высота пропила, Н « 0,8d, м; и - скорость подачи, м/с; Np - мощность, необходимая на пиление, Вт; k - удельная работа резания, Дж/м3; Ьп - ширина пропила, м.
Скорости движения ВТМ (км/ч) с грузом и без груза: v = 3600NeПтрПг ;
^ Рк (гр) ;
3600Ne ^Пг
v х =-,
х Рк (х.х) где Ne - мощность двигателя, кВт;
птр, пг - КПД трансмиссии и гусеничного движителя; Рк(гр), Рк(х.х) - касательная сила тяги с грузом и без груза (холостой ход), Н.
Касательная сила тяги с грузом и без груза [2]:
Рк (гр) = (Отр + Gn K)(f + /) + Gn (K - l)(f2 + 0
или
Рк (гр) = Отр (fi cos a + sin a) + VnygKf cos a + Vnyg (K - 1)(f2 cos a + sin a);
Рк (х.х) = ОТр (fi + i) = ОТр (fi cos a + sin a),
где Отр - вес ВТМ, Н;
Оп - вес формируемой пачки древесины, Н; К - коэффициент распределения веса трелюемой пачки; fi, f2 - коэффициенты сопротивления движению и перемещению пачки; i - уклон, 0/оо;
а - угол уклона волока, град; у - плотность древесины, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2. Энергонасыщенность ВТМ (Эн, Вт/ч), характеризующая удельную мощность силовой установки, определяется как
Эн = Ме / СТр.
Эффективность затрат на трелевку 1 м3 заготовленной древесины можно оценить по значению показателя энергоемкости (Э, кВт-ч/м3):
Э =
П
■Т»/3600.
Для расчетов приняты следующие показатели: Тсм = 28 800 с (8 ч); бга = 200 м3; Удв = 1,8 км/ч; ¿п, = 2500 с; Ф1 = 0,75; V = 0,15 м3; Птр = 0,85; Пг = 0,95; ¡1 = 0,1; /2 = 0,3; ф = 0,7; Н = 20 м; Ь = 4 м; Н = 20 с; и = 9 с; ¿5 = 20 с; ¿6 = 60 с; К = 0,65; 5 = 300 м; у = 830 кг/м3; Ьи = 0,01 м.
Технические характеристики валочно-трелевочных машин представлены в таблице [2].
Тип и марка ВТМ База Ые, кВт Удв, км/ч 1* , м Ср, т Гп, м3
тах тт
ЛП-17А ТБ-1М 73,6 0,7...2,9 5 2,30 13,00 -
ЛП-49 ТТ-4 81,0 0,2...2,8 5 2,00 17,30 6.8
ВМ-4Б « 95,5 0,6.2,8 - - 18,35 -
ЛП-58 « 95,5 0,6.2,8 5 2,00 18,50 6,5
ЛП-58А « 95,5 0,6.2,8 8 2,25 19,40 6,5
МЛ-65 Т-150К 121,1 0,6.8,6 5 2,00 16,50 5,0
Вылет стрелы манипулятора.
А'„ кВт
50
40
-1-
50
100 6
К, кВт
Рис. 1. Зависимость энергонасыщенности ВТМ (а) и сменной производительности (б) от мощности двигателя
Изменение энергонасыщенности ВТМ от мощности двигателя представлено на рис. 1, а. Ее значение прямо пропорционально мощности двигателя, что указывает на относительное уменьшение веса исследуемой валоч-но-трелевочной техники. Сменная производительность ВТМ практически не зависит от мощности двигателя (рис. 1, б), что связано с незначительным изменением рабочих скоростей движения. Таким образом, как показывают проведенные исследования [1], при небольшом росте сменной производительности повышение мощности двигателя приводит к улучшению плавности работы ВТМ, снижению числа переключений передач и, как следствие, повышению надежности трансмиссии.
Энергоемкость заготовки 1 м3 древесины исследуемыми ВТМ представлена на гистограмме (рис. 2). Как видим, для заданных условий менее затратной является заготовка ЛП-17А (энергоемкость 12,49 кВт-ч/м3). В свою очередь, МЛ-65, обладающая большими производительностью (на 5 %) и энергонасыщенностью (на 30 %), имеет наивысшую среди рассматриваемых ВТМ энергоемкость 20,04 кВт-ч/м3.
Зависимости энергоемкости от объема пачки и энергонасыщенности ВТМ представлены на рис. 3.
При использовании ВТМ на лесозаготовках с недостаточной по условиям эффективности работы плотностью древостоя уменьшается объем трелюемой пачки и, как следствие, производительность машины в целом.
э,
кВт * ч/к' 20
15
10
Э,
кВт-чУм5 20
15
10
5,0
7,5
Уп, М
2.5
5,0
Э«, кЕ№
Рис. 3. Зависимость энергоемкости заготовки 1 м древесины от объема трелюемой пачки (а) и энергонасыщенности ВТМ (б)
Увеличение мощности двигателя в целях повышения скоростей движения и силы тяги в заданных условиях оказывается неэффективным.
Результаты обработки данных подтверждают предположение, что в современных условиях использование ВТМ с большой энергонасыщенностью приводит к увеличению затрат энергии, а следовательно, и стоимости заготовки 1 м3 древесины. Дальнейшие исследования необходимо вести с учетом критерия энергоемкости, обобщающего все производственные затраты, отнесенные к единице продукции.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Александров, В.А. Механизация лесосечных работ в России [Текст] / В.А. Александров. - СПб.: СПбЛТА, 2000. - 208 с.
2. Лесные машины [Текст]: методич. указания к выполнению курсовой работы для студентов всех специальностей / А.И. Павлов, В.А. Грязин; сост. В.А. Грязин. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. - 64 с.
3. Матвейко, А.П. Технология и оборудование лесозаготовительного производства [Текст]: учеб. / А.П. Матвейко. - Мн.: Техноперспектива, 2006. - 447 с.
4. Ширнин, Ю.А. Технология и оборудование лесопромышленных производств. Ч. 1. Лесосечные работы [Текст]: учеб. пособие / Ю.А. Ширнин. - М.: МГУЛ, 2004. - 446 с.
Поступила 21.11.07
V.A. Gryazin
Mari State Technical University
Energy Intensity as Factor of Felling-Skidding Machine Productivity
The results of determining the energy intensity of 1 m3 of timber hauled by felling-skidding machines are provided. The data received characterize the efficiency of forest-harvesting complex formation.
Keywords: forest harvesting, energy intensity, productivity, felling-skidding machines.
