Моделирование транспортнотехнологического процесса освоения лесосек со слабыми несущими способностями грунтов Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

Моделирование транспортно-технологического процесса освоения лесосек со слабыми несущими способностями грунтов

где &пас. > - площадь, длина и ширина пасеки; С)пас , Ц - запас леса на пасеке и на 1 га, м3.

Число рейсов Прейс. трелевочного трактора с одной пасеки

В. Н. Меньшиков М. В. Цыгарова

Санкт-Петербургская ЛТА

Прейс"

ВИд 5

10 4М Т

(2)

В работе рассматривается модель транспортно-технологического процесса освоения лесосеки. Предлагаются формулы для определения площади, подвергшейся воздействию лесозаготовительной техники, а также предложены показатели для оценки качества планировки лесосеки.

Ключевые слова: транспортно-технологический процесс, планировка лесосеки, критическое число рейсов, повреждение почвы.

При разработке лесосек в современных условиях очень важным является максимальное сохранение экологической среды лесосеки (почвенный покров, подрост). Решению этой задачи в значительной мере способствует осуществление рационального транс-портно-технологического процесса освоения лесосеки, включая лесовосстановление, при котором отрицательное воздействие лесозаготовительной техники на экологическую среду было бы минимальным.

Отрицательное воздействие техники на экологическую среду происходит через трелевочные волока, лесопогрузочные пункты, лесовозные усы, с учетом их размещения на лесосеке и занимаемой площади.

В качестве основного метода решения поставленной задачи используется определение числа проходов трелевочного трактора (и другой лесосечной техники) по волоку до момента образования колеи, глубиной не более критической, при которой до определенного предела снижается скорость движения трактора и его производительность. В качестве показателя эффективности выполненной планировки лесосеки, с учетом изложенного, примем эксплуатационные затраты на комплексное освоение, включающее все виды работ на лесосеке (подготовка, заготовка, лесовосстановление). Причем следует учитывать, что все эти виды работ взаимосвязаны и это должно быть отражено в общей математической модели.

Пусть имеем лесосеку с показателями

8 пас.

ВИ 104

ВИд

О)

Авторы - соответственно профессор и аспирант © В. Н. Меньшиков, М. В. Цыгарова, 1999

где М- нагрузка на рейс, м3;

/п - длина ленты набора пачки, м.

Нагрузка на рейс в выражении (2) на практике может ограничиваться следующими условиями: технической характеристикой трактора, нормативами, сцеплением, нагрузкой на коник, повреждением почвы.

Из научно-исследовательских работ известно, что после определенного числа проходов трактора (числа рейсов) глубина колеи трелевочного волока возрастает и при определенных условиях трелевка становится или затруднительной, или невозможной. Обозначим такое число проходов через ПКрИТ - критическое число рейсов. Тогда длина пасеки для этих условий

В

крит

составит

п 10 4М

_ крит

крит.

(3)

Обозначим размер стороны лесосеки, параллельно которой расположена пасека, через В. Тогда число пасек с критической длиной ВКрИТ вдоль этой стороны составит

В / Вкрит Ппас. крит.

(4)

Число ППас. крит. должно быть обязательно четным числом, а 2Вкрит. - это расстояние между усами на лесосеке или магистральными волоками. Увеличение этого расстояния осуществляется за счет порубочных остатков, укладываемых на волок. Чтобы обеспечить это условие, необходимо варьировать в выражении (3) двумя показателями: или М, или Ь. Объем пачки должен бьггь для определенных условий более постоянен, поэтому варьировать можно величиной Ь. С другой стороны, четное число Ппас крит кроме схем 1-10 получим при условии, что

В

крит.

в

2 п

ус.

(5)

Отсюда

В

ГЦ.Т. -

•>'с 2 Д

(6)

крит-

где Пус - число лесовозных усов или магистральных волоков на лесосеке.

Приравняем выражения (3) и (5) и, сделав преобразования относительно Ь, получим:

»крит.™* МЪгус.

11 Пц

(7)

Следует учитывать также, что ширина пасеки И оказывает влияние на следующие показатели:

- производительность трелевочного трактора;

- экологию вырубки.

В первом случае

Пч= £ (М, V), У=^М), М=ОД,

где

V-

скорость движения трактора с пачкой.

Во втором случае: чем меньше Ь, тем больше площадь под пасечными волоками, меньше площадь продуцирования и больше затрат на лесовосстанов-ление. А кроме пасечных волоков отрицательному воздействию подвергается площадь, занятая под магистральные трелевочные волока и погрузочные пункты, под просеки для лесовозных усов, под объездные волоки, под обустройство мастерского участка.

Общая отмеченная площадь составит

8П 8ВП + 8В0+8В -'"впп 8пл+8у+80.

М.у. 5

(8)

где 8П - общая теоретическая площадь, подвергшаяся отрицательному воздействию лесозаготовительной техники;

$вгъ 8Воз 8ВМ, 8пл> 8пп9 8у, 80 м.у. " то же> соответственно на пасечных, объездных, ма-гистральных волоках, на полуленгах (полупасеках), на погрузочном пункте, на просеке под лесовозный ус и под обустройство мастерского участка.

Для определения этих площадей предлагаются следующие формулы:

8во-1воПпп, (10)

8ПП = {[(Н а] а2+Ь1+Ь2)Ьз]Ппп}ПуЧ, (11)

8ВМ = Ь 1МВ[Ь (А Ко Кд -(Н а, а2 +Ь, + Ь2

)ППП ]Пуч , (12)

8У ~~ Ь.'ус. Ь4 , 80.м.у. — 80.м.у Поб 5 (13)

8ПЛ=-В[(А-Ь-ДПЛ],

д

(14)

К4 Ь[(В - 0.5Ь Пуч)Ко] ,

(9)

где Ь - ширина колеи трелевочного трактора или лесозаготовительной машины;

К4 - коэффициент, учитывающий уширение трелевочного волока в процессе эксплуатации (зависит от почвенных условий);

И - ширина пасеки (при использовании на валке

машин вместо 11 подставляется Д - ширина разрабатываемой ленты);

Ко - коэффициент, учитывающий непрямолинейность пасечных и магистральных волоков, Ко -

1-1,2;

Пуч - количество участков лесосеки, расположенных по разным сторонам лесовозного уса;

1В0 - длина объездного трелевочного волока вокруг лесопогрузочного пункта для разворота пачек хлыстов (деревьев) комлями в сторону вывозки;

Ппп - общее число лесопогрузочных пунктов на лесосеке при оптимальном варианте ее разработки;

Н - средняя высота древостоя или деревьев по породам;

СИ] - коэффициент, учитывающий снижение средней длины деревьев (хлыстов) за счет оставляемого пня и обрезанной или обломившейся вершины;

СС2 - коэффициент, учитывающий вид вывозимого

леса (ОС2 = 1 - при вывозке деревьев, а2 = 2 - при вывозке хлыстов);

Ь>1 - ширина прохода сучкорезной машины (для ЛП-30Б и ЛП-33 Ь>1 = 4...5 м);

Ь2 - ширина проезда для трактора при выравнивании комлей деревьев (хлыстов), при обрезке сучьев машинами ЛП-30Б, ЛП-33 Ь2 = 10 м;

Ьз - ширина (глубина) лесопогрузочного пункта;

Ь4 - ширина ленты леса, вырубленной под просеку для лесовозного уса;

1МВ - общая длина магистральных волоков на лесосеке;

Ьус - общая длина лесовозных усов на лесосеке или ее части;

Боб - площадь лесосеки, отводимая под обустройство одного мастерского участка;

П0б - количество обустроенных площадок на

- процент площади лесосеки без повреждения почвенного покрова

~~ ^и ~ 3

100%, (19)

Ширина колеи трелевочных тракторов или лесозаготовительных машин, выпускаемых в настоящее время, составляет 2,5...3 м. Ширина колеи - это минимальная ширина проезжей части, к которой нужно стремиться при разработке лесосеки. Однако в процессе эксплуатации неизбежно происходят уширение волока за счет габаритов по ширине трелюемых пачек, а также отклонения трактора от первоначального следа и с выходом с волока на полупасеку в результате снижения проходимости по первоначальнрму следу.

На уширение волока влияет также степень его искривленности. Если волок имеет повороты, вызванные желанием обойти, например куртины подроста, то при трелевке пачек деревьев происходит уширение волока на одностороннем повороте на 1...4 м, а при трелевке хлыстов - на 0,5...2,5 м. Если же волок имеет двухсторонние повороты, расположенные друг от друга на небольшом расстоянии, то уширение волока может быть еще больше. Изложенное учитывается в формулах (9-12) коэффициентами Ко и Кф

Для оперативной оценки качества планировки лесосек предлагаются следующие показатели; - удельная площадь общего отрицательного воздействия лесозаготовительной техники на заготовку 1 м3 древесины

= ^2- , м2/м3 (га/м3);

(15)

где Блф - площадь лесосеки, на которой отсутствовал древостой и которая представляет лесокультурный фонд.

Площади и длины в выражениях (15-19) должны определяться для оптимальных (рациональных) схем освоения лесосек, когда эксплуатационные затраты минимальны.

В формулах (9-14) ширина разрабатываемых пасек И и лент Д, как отмечалось выше, оказывает влияние на производительность машин и трелевочных тракторов, экологическую обстановку на лесосеке ( вырубке). Эти показатели влияют также и на последующие лесовосстановительные работы. Известно, что ширина полос на свежих вырубках, на которых производится корчевка пней и последующая посадка, составляет 4...4,5 и 2...2,5 м в зависимости от того, какой вид лесохозяйственных машин применяется.

Эти полосы чередуются с нерасчищенными, шириной соответственно 3 и 2 м. С учетом данных рекомендаций расстояние Ь или А между осями трелевочных

волоков при их ширине 5 м и число лент - Пл должно быть

Ь, А, м: 9-9,5 16-17 37-39,5

23-24,5 30-32 44-47 54-54,5

- удельная площадь трелевочных волоков, пасечных и магистральных, на заготовку 1м3 древесины

Пл, лент: 1 2 3 4 5 6 7;

Ь, А, м: 11-12 15-16,5 19-21 23-25,5 27-30 31-34,5 35-39

£><д _ $вп + 'Я» +

(16)

Пл, лент: 2

- удельная длина трелевочных волков на заготовку 1 м3 древесины

т уд _ + 4,0 +

О.

(м/ м3);

(17)

- удельная длина трелевочных волоков и лесовозных усов на заготовку 1 м" древесины

уд 4 вол+ус

ЬеП + ко +1ем+ 1ус

~ а

(18)

Таким образом, принимаемая ширина пасек и лент в формулах (2, 3, 9-14) должна соответствовать рекомендуемым размерам.

Приведенные рекомендации позволяют определить общую протяженность обработанных полос на вырубке Ьп р (при раскорчевке, вспашке, посадке), что, в свою очередь, позволяет определить затраты времени на обработку вырубки по каждой операции То и производительность лесовосстановительных машин Пга/ ч и Пга/ смена на каждом виде работ с учетом разработки лесосек и применяемых лесосечных машин

_ L А К. г, Т0= + —

об

пч

(20)

(21)

тт 2 тр

тт 2

+ -

К

тт2

хх2

+

СвпмО СомО СбпО С"0 СЮ -— +-— +—+—— +——+

П!

п°

п

бп

гг. п:

+СЛВ8Л,

(23)

(22)

где Уо6, Ухх - скорость движения лесовосстанови-тельной машины при вьшолнении технологической работы и на холостом переездах;

- площадь (вырубки) лесосеки, га/ ч; Боб - площадь обработанных полос, га/ч.

При выборе ширины пасек и лент следует учитывать также, что, например, произ-водительность валочно-пакетирующих машин типа ЛП-19 повышается при увеличении А до определенной величины в зависимости от таксационной характеристики лесосеки.

В формулах (8-13) с учетом схем разработки лесосек имеет место тесная взаимосвязь практически всех показателей, что в конечном счете позволит определить общие эксплуатационные показатели освоения лесосеки.

Математическая модель для поиска оптимального варианта транспортно-технологического процесса освоения, а следовательно, и планировки лесосеки будет иметь вид

г = (гус +СуспЛ\ +

0 \ стр сод Г^ус

+(с::Р+с- К,+(с::Р+с;од ут+

+сп"(и„л+"ии1)+с„А +

Q

(,тт\ . ,тт\ \ т/-'« +tp )+КС

(К\В К\А

2 п

ус

пп\

тгтт\

V гх\

imm 2

1 1

+

утт\

хх\

+

Стт QK4

мтХж

--- = Кг1 В = К\П

2n 1 крит 1

_К1пкршЮ*М hq

крит ^ п

(24)

где С Усстр , С УСдд - стоимость строительства, содержания 1 км уса, руб.;

Сем ем

стр ' ^ сод ' стоимость строительства, содержания 1 км магистрального волока, руб.;

С en /п en

стр ' ^ сод ' стоимость строительства, содержания пасечных волоков, руб.;

С"" - стоимость строительства, содержания и обустройства одного погрузочного пункта, руб.; Sj, - площадь лесосеки, га; Lyc • длина лесовозного уса, км; LBM - длина магистрального волока, км; LBn - длина пасечных волоков, км;

Ппл, Ппп) - число погрузочных пунктов на лесосеке и за ее пределами;

Cmml

- стоимость машино-смены трелевочного трактора на первом этапе трелевки, руб./ см;

Q - запас древесины на лесосеке, м3;

Тем - продолжительность рабочей смены, ч;

ф1 - коэффициент использования рабочей смены, ч;

м™ - объем пачки, трелюемой на первом этапе, м ;

- объем пачки, трелюемой на втором этапе,

Ímm 1 л i

n ,1 - продолжительность погрузки и раз груз-

м3;

^ тт\ ± тт\ ■ р

ки пачки на первом этапе;

К ] , К 2 - коэффициенты, учитьшающие схему расположения трелевочных волоков (схему разработки лесосеки);

ПуС - число лесовозных усов на лесосеке;

X] - расстояние от лесосеки до промежуточного

пункта, между лесосекой и веткой, км;

Утт\ \т тт\ ,

гх\ > * 1x1 " скорость транспортировки (вывозки) на первом этапе;

Утт2 лттт2 , ,

гх2 ' * хх2 ' скорость транспортировки (вывозки) на втором этапе;

Кз - коэффициент, учитывающий непрямолинейность расстояния Хь

К4- коэффициент, учитывающий технологический вариант разработки лесосеки, транспортировку леса в два этапа и тип транспортной машины;

Ьтт2

тр - расстояние трелевки на втором этапе, км;

Пвпм /-~\впм

ы - производительность и стоимость ма-

шино-смены валочно-пакетирующей машины;

Пом ОМ - _

см , С - то же обрабатывающей машины;

Пбп /~1бп

см , - то же бензопилы;

ГС, С" - то же погрузчика;

П«см,С - то же валочной машины;

СЛВ - стоимость 1 га лесовосстановигельных работ, включая и затраты на очистку вырубок, руб/га.

По данной модели разработана программа для ЭВМ, по которой можно выполнить решение широкого круга вопросов.