CC BY
21
УДК 631.336.6
ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОМПЛЕКТОВ АГРЕГАТОВ ПРИ ПЕРЕСАДКЕ ПОДРОСТА ИЗ-ПОД ПОЛОГА ЛЕСА*
© К.П. Рукомойников, канд. техн. наук, доц.
Поволжский государственный технологический университет, пл. Ленина, д. 3, г. Йошкар-Ола, Республика Марий Эл, Россия, 424000; е-mail: RukomojnikovKP@marstu.net
Рассмотрен способ совмещенного лесовосстановления, при котором предлагается совмещение рубок и лесовосстановительных операций. Подрост выкапывается с площадей его гарантированного уничтожения и высаживается на безопасных участках. Отмечено, что в настоящее время отсутствует методика обоснования производительности комплектов агрегатов, задействованных на операциях совмещенного лесовос-становления. Даны рекомендации по формированию комплектов агрегатов, проведен анализ их функционирования в различных производственных условиях. Предложены математические зависимости для расчета производительности агрегатов, задействованных на различных операциях технологического процесса пересадки подроста с учетом их взаимосогласованной работы. Даны рекомендации к осуществлению технологического процесса пересадки подроста с минимальными простоями машин и механизмов. Предложенная методика расчета комплексной выработки позволяет обосновать эффективность функционирования комплектов агрегатов под пологом леса в любых производственных условиях с учетом разнообразных природно-производственных факторов.
Ключевые слова: лесной квартал, лесовосстановление, пересадка подроста, лесозаготовка, полог леса.
Исследования по использованию елового подроста естественного происхождения в качестве культур на вырубках малой площади ведутся с 1992 г. в Поволжском государственном технологическом университете совместно с учеными Московского государственного университета леса. Среди них А.К. Ред-кин, Ю.А. Ширнин [1], Г.М. Гаджиев [2], А.В. Лазарев [3] и др. В настоящее время разработаны и прошли экспериментальную проверку рабочие органы для пересадки подроста с закрытой корневой системой [4, 6]. Доказана эффективность концентрации работ по пересадке подроста в пределах лесного квартала [5, 10]. Доказано [7] и подтверждено исследованиями зарубежных авторов [8, 9], что приживаемость, качество будущих насаждений, устойчивость к болезням и вредителям гораздо выше, чем у созданных из посадочного материала, выращенного в питомниках.
*Статья подготовлена в рамках научно-исследовательской работы № 1 базовой части государственного задания ФГБОУ ВПО Поволжского государственного технологического университета.
Достоверность исследований основана на периодических производственных испытаниях новой технологии, в рамках которых предложенное технологическое оборудование прошло неоднократную экспериментальную проверку и подтвердило свою работоспособность в реальных производственных условиях с использованием тракторов МТЗ-80 [2, 3] и форвардера «Вал-мет-862». Проведенные совместные многолетние теоретические и экспериментальные исследования научных коллективов двух вузов по комплексному освоению участков лесного фонда показали хорошую приживаемость (96 %) пересаживаемого елового подроста с закрытой корневой системой и перспективность данного направления развития техники и технологии лесосечно-лесовосстановительных процессов. Экспериментально определены характеристики елового подроста, который может быть пересажен из-под полога леса с закрытой корневой системой, и оптимальные почвенные условия для его успешной приживаемости [2].
Следующим этапом исследования является разработка методических рекомендаций к расчету комплексной выработки задействованных на этих операциях машин и механизмов.
Согласно предложенной технологии подрост выкапывается лишь с площадей его гарантированного уничтожения в ходе проведения лесосечных работ и высаживается на безопасных участках. За счет разности в возрасте пересаживаемого подроста формируется разновозрастный древостой сложного улучшенного состава, обеспечивающего рост молодняков и приспевающего леса.
При выполнении технологических процессов, связанных с пересадкой подроста, присутствуют различные виды операций: ВИ - выкопка подроста индивидуальная; ВЯ - выкопка ямок для посадки подроста; ДТС - доставка подроста в транспортное средство; ДТСК - доставка подроста в транспортное средство с одновременным контейнерованием прикорневой глыбки; ВОП -выгрузка с одновременной посадкой; ТП - транспортировка подроста.
Одним из вариантов сочетания операций, взятым в качестве примера для расчета производительности комплектов при пересадке подроста, является использование не одного (ВИ^ ДТС(ДТСК)), а двух агрегатов на операциях (Т П^ВЯ^ВОП). Как показывают расчеты, выполненные по методике, предложенной в [3], данный вариант наиболее приемлем при расстоянии транспортировки подроста около 750 м, так как при этом производительность агрегата на выкопке подроста будет примерно равна суммарной производительности агрегатов при посадке подроста. Но на практике среднее расстояние транспортировки подроста редко соответствует рекомендуемому. Отклонение от оптимальных значений, позволяющих обеспечить согласованную работу агрегатов, может быть частично скомпенсировано за счет использования агрегатов, задействованных на менее трудоемких операциях в помощь агрегатам, задействованным на более трудоемких операциях.
При этом возможны следующие ситуации: 1.1. Т(ВИ^ДТС(ДТСК))/ А(ВИ^ДТС(ДТСК)) > Т(ТП^ВЯ^ВОП)/А(ТП^ВЯ^ВОП);
О. Т(ВИ^ДТС(ДТСК))/А(ВИ^ДТС(ДТСК)) < Т(ТП^ВЯ^ВОП)/А(ТП^ВЯ^ВОП>
где Т(ви^дтс(дтск)) - время, затрачиваемое на выкопку еди-
ницы подроста и укладку его в тележку агрегатом (ВИ^ДТС(ДТСК)), с; А(ви^дтс(дтск)), А(тп^вя^воп) - количество агрегатов, задействованных
соответственно на операциях выкопки подроста и его транспортировки с последующей посадкой, шт.; Т(тп^вя^воп) - время цикла работы агрегата (ТП^- ВЯ^ ^ВОП), с.
В ситуации 1.1. в целях сокращения простоев агрегата (ТП^ВЯ^ВОП) рекомендуется его частичное использование на операциях (ВИ^ДТС(ДТСК)). В результате чего может быть достигнуто равенство трудозатрат при выполнении различных циклов технологического процесса:
г-рсит. 1.1. г-рсит. 1.1.
1 (ВИ^ДТС(ДТСК)) _ 1 (ТП^ВЯ^ВОП)
А(ВИ^ДТС(ДТСК)) А(ТП^ВЯ^ВОП) '
Тсит. 1.1.
(ви^Дтс(дтск)) - время, затрачиваемое на выкопку единицы подроста, с учетом применения агрегата (ВИ^ДТС(ДТСК)) и частичного использования на этой операции агрегата (ТП^ВЯ^ВОП), с,
Тсит.1.1. _т Т(ВИ^ДТС(ДТСК)) сити..
1 (ВИ^ДТС(ДТСК))- 1 (ВИ^ДТС(ДТСК))- 1 (ТП^ВЯ^ВОП) Р ;
Т^^Я^О'ПР- время, цикла работы агрегата (ТП^ВЯ^ВОП), затрачиваемое на его частичное использовании на операциях (ВИ^ДТС(ДТСК)), с; рситЛЛ' - коэффициент, характеризующий различия по времени цикла выкопки подроста агрегатом (ВИ^ДТС(ДТСК)) и частично задействованным на этой операции агрегатом (ТП^ВЯ^ВОП); ТсТгь.в^шц) - время, цикла работы агрегата (ТП^ВЯ^ВОП) при его частичном использовании на выкопке подроста из-под полога леса, с,
хсит.1.1. ,Х(ВИ^ДТС(ДТСК)).
1 (ТП^ВЯ^ВОП)" 1 (ТП^ВЯ^ВОП)"1" 1 (ТП^ВЯ^ВОП) ;
Т(ВИ^ДТС(ДТСК))= Т(ВИ^ДТС(ДТСК)) • А(ТП^ВЯ^ВОП)-Т(ТП^ВЯ^ВОП) • А(ВИ^ДТС(ДТСК))
1 (ТП^ВЯ^ВОП) А +Д ,псит1.2. •
А(ВИ^ДТС(ДТСК))+А(ТП^ВЯ^ВОП) Р
Определим среднее количество подроста, которое должно быть выкопано агрегатом (Т П^ВЯ^ВОП) при его частичном использовании на операциях (ВИ^ДТС(ДТСК)):
(ВИ-ДТС(ДТСК)) _,-,сит1. 1. л
"(ТП-ВЯ-ВОП) -П(ВИ^ДТС(ДТСК))-П(ВИ^ДТС(ДТСК))-
Х-ВЯ-Ь---, .......
3600• т • ф •( ^ви-дтодтск^^ви-дтоДтск^
грсит.1.1. X '
1 (ВИ-ДТС(ДТСК)) • 1 (ВИ-ДТС(ДТСК))
где Пви-дщдтск)), П(ви-дтс(дтск)) - производительность агрегата (ВИ-
-ДТС(ДТСК)) соответственно с учетом взаимодействия агрегатов и без него, шт.
Комплексная выработка может быть рассчитана по следующей формуле:
КГ -п Д (ВИ-ДТС(ДТСК))
^в"П(ВИ-ДТС(ДТСК)) • А(ВИ-ДТС(ДТСК)) +П(ТП-ВЯ-ВОП) • А(ТП-ВЯ-ВОП).
Комплексная выработка на одну машину:
в
^ _в_
А(ВИ-ДТС(ДТСК))+А(ТП-ВЯ—ВОП) В ситуации 1.2. в целях сокращения простоев агрегата (ВИ-ДТС(ДТСК)) возможно перемещение агрегата в направлении транспортировки подроста и организация пункта замены транспортной тележки не в зоне выкопки подроста, а на некотором расстоянии от нее. При этом целесообразно достижение равенства трудозатрат при работе обоих агрегатов:
г-рсит.1.2. хсит.1.2.
1 (ВИ-ДТС(ДТСК)) _ 1 (ТП-ВЯ-ВОП)
А(ВИ-ДТС(ДТСК)) А(ТП-ВЯ-ВОП)'
Тсит.1.2. тсит.1.2. г
■ ■ «тп-вя-воп), Т^и-дтодтск)) - соответственно время цикла работы аг-
1тов (ТП_ВЯ_ВОП) и (ВИ_
. I Г I 1 ✓"Ч / I I Г I 1 ✓"Ч т \ \
г-рсит.1.2. _г-р
1 ((ТП-ВЯ-ВОП)- 1 ((ТП-ВЯ-ВОП)
регатов (ТП-ВЯ-ВОП) и (ВИ-
ДТС(ДТСК)) при частичном использовании агрегата (ВИ-ДТС(ДТСК)) на транспортировке подроста в направлении к месту его посадки, с,
(ВИ-ДТС(ДТСК))
2
т
г-рсит.1.2. _г-р
А (Т/Г—»• ЛТГСЛТГт"!- 1
(ВИ-ДТС(ДТСК))
2
(ВИ-ДТС(ДТСК)) - 1 (ВИ-ДТС(ДТСК)) + 0(ВИ-ДТС(ДТСК)^ ;
(ВИ-ДТС(ДТСК))
г ^ - среднее расстояние, проходимое агрега-
том (ВИ-ДТС(ДТСК)) от места посадки до пункта замены транспортной тележки, м;
(ВИ-ДТС(ДТСК))
-9 . - средняя скорость перемещения агрегата
(ВИ-ДТС(ДТСК)) при транспортировке транспортной тележки, м/с.
Следовательно, рациональное среднее расстояние транспортировки подроста агрегатом (БИ^ДТС(ДТСК)) до пункта замены транспортной тележки
N•0 .^(ВИ^ДТС (ДТСК))_ /т(тп^вя^воп) т(ви^дтс (дтск)) \ „(ВИ^ДТС (ДТСК)) _ т т уА(тп^вя^воп) а(ви^дтс (дтск)) /
т _ /„(ви^дтс (дтск)) 4 '
2 •
А(ТП^ВЯ^ВОП) А(ВИ^ДТС (ДТСК)) ,
рациональное среднее расстояние транспортировки подроста агрегатом (ТП^ВЯ^ВОП) от пункта замены тележки к месту посадки:
д(ТП^ВЯ^ВОП) _ д _ „(ВИ^ДТС (ДТСК))
^т ~~ {т гп
Тогда производительность агрегата (ТП^ВЯ^ВОП) при смещении пункта замены транспортной тележки в сторону участка посадки подроста в целях сбалансированности трудозатрат при работе агрегатов различного технологического назначения, входящих в комплект: . , 3600• т • ф,
^сит.1.2. ___ .
((ТП^ВЯ^ВОП) /^ВИ^ДТС (ДТСК))/т(ТП^ВЯ^ВОП) т (ВИ^ДТС (ДТСК))^
_ДТП^ВЯ^ВОП) А(ВИ^ДТС (ДТСК))/
Т((ТП^ВЯ^ВОП)- ( „(ВИ^ДТС (ДТСК))
®т_,__§т_
А(ТП^ВЯ^ВОП) А(ВИ^ДТС (ДТСК))
производительность агрегата (БИ^ДТС(ДТСК)):
псит.1.2. __3600т Ф1_
П(ВИ^ДТС(ДТСК))" и Л(ТП^ВЯ^ВОП) т(ви^дтс (дтск))У
или
л(ТП^ВЯ^ВОП) а(ви^дтс (ДТСК))/ Т(ВИ^ДТС(ДТСК))+1 / (ви^дтс (дтск)) ^ n
Д А(ТП^ВЯ^ВОП) А(ВИ^ДТС (ДТСК)) у
Таким образом, комплексная выработка агрегатов в данной ситуации:
Кв-П(ВИ^ДТС(ДТСК)) А(ВИ^ДТС(ДТСК)),
V _1-гсит.1.2. А
кв_П((ТП^ВЯ^БОП) А((ТП^ВЯ^ВОП).
Комплексная выработка на одну машину:
к - Кв
В 1 А ( в И -ДТ С(ДТ С К)) + А (Т п - ВЯ - В О П )
Рисунок демонстрирует эффективность согласованной работы агрегатов с учетом частичной их взаимозаменяемости на смежных операциях на примере комплекта: 1 агрегат (БИ^ДТС(ДТСК)) + 2 агрегата (ТП^БЯ^БОи).
Например, при среднем расстоянии транспортировки подроста, равном 400 м, теоретическая выработка агрегата (БИ^ ДТС(ДТСК)) примерно равна 420 шт. (линия 2), двух агрегатов (ТП^-ВЯ^-ВОП) - 510 шт. (линия 1). За счет частичного использования агрегатов (ТП^-ВЯ^-ВОП) на смежных
700,0
600,0
500,0
5
400,0
300,0
II
К
200,0
Е
3 100,0 С
0,0
/V » 1 •
• • \\
• .1 V, 2 ______
з, 4 /
5 V"
Г 10
11
• 1) Сменная производительность (ТП-> ВЯ+ВОП) безучета совмещения операций, шт.
— • -2) Сменная производительность(ВИ-> ДТС(ДТСК)) безучета совмещения операций, шт.
— -3) Согласованная сменная производительностькомплекга, шт.
-4) Согласованная сменная производительностькомплекга (шт.) при
реят2.1. _ 0,7;
О
(ви-дгсСагаО)
К
- = 0,7
-5) Комплексная выработка на один агрегат с учетомсовмещения операций, шт.
■■■•■■■ б) Комплексная выработка на один агрегат с учетом совмещения операций при («и-дтсСагог»
рот2.1. = 0 7.
= 0,7
операции, шт.
— • 8) расстояние транспортировки подроста агрегатом (ВИ -> ДТС(ДТСК) ->тп) до пункта замены, м
-9) Расстояние транспортировки подроста агрегатом (ВИ->ДТС(ДГСК)-УГГ1) до пунк^заме^ыт^^ежки (м.) при
= 0,7;
- = 0,7
оооооооооо о о о о о о о о о о
СМ, М
-10) Количество подроста, выкапываемого (ТП->ВЯ->ВОП) с целью согласнованиятрудозатрат агрегатов, шт.
-11) количество подроста, выкапываемого (ТП->ВЯ->ВОП) с целью согласованиятрудозатрат агрегатов (шт.) при
„(ви^дгсСэтск)) -СКГ2.1. _ 0 7 _а---0,7
Г '' А '
Анализ функционирования комплекта: 1 агрегат (ВИ^- ДТС(ДТСК)) + 2 агрегата
(ТП^ВЯ^ВОП)
операциях можно повысить выработку комплекта, ограниченную линией 2, свидетельствующей о низкой (по сравнению с теоретической выработкой двух агрегатов (ТП^ВЯ^ВОП)) производительности агрегата (ВИ^ ДТС(ДТСК).
При согласовании производительности агрегатов возможно повышение комплексной сменной выработки комплекта до 470 шт. подроста (линии 3, 4). При этом два агрегата (ТП^ВЯ^ВОП) по прибытии к месту выкопки частично используются на выкопке подроста из-под полога леса, производительность за смену около 50 шт. подроста (линии 10, 11), средняя комплексная выработка на один агрегат в смену увеличивается примерно со 145 (линия 7) до 160 шт. подроста (линии 5, 6).
Предложенная методика позволяет обосновать эффективность функционирования комплектов агрегатов под пологом леса в любых производственных условиях с учетом разнообразных природно-производственных факторов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А.с. 1797788, СССР МКИ А 010 23/00. Способ заготовки древесного сырья и лесовозобновления / Ширнин Ю.А., Редькин А.К., Успенский Е.И., Захариков В.М. № 4842725/15; заявл.21.06.90; опубл. 28.02.93, Бюл. № 8. 2 с.
2. Гаджиев Г.М. Обоснование параметров устройства для выкопки посадочного материала с прикорневой глыбкой: дис ... канд. техн. наук. Йошкар-Ола, 1999. 161 с.
3. Лазарев А.В. Обоснование технологии и комплекта машин для пересадки подроста: дис ... канд. техн. наук. Йошкар-Ола, 1999. 138 с.
4. Пат. № 2155473 РФ, МКИ7 А 01G 23/04. Рабочий орган для выкопки подроста/ Ширнин Ю.А., Шестаков Я.И. Гаджиев Г.М. № 99113548/13; заявл. 21.06.99; опубл. 10.09.2000, Бюл. № 25. 4 с.
5. Рукомойников К.П. Разработка алгоритма выбора вариантов прокладки транспортных путей при проведении комплекса лесосечных работ с совмещенным лесовосстановлением // Лесн. вестн. 2010. № 6(75). С. 101-106.
6. Рукомойников К.П. Совершенствование технологического оборудования для пересадки подроста с закрытой корневой системой // Лесн. журн. 2014. № 2(338). С. 9-17.
7. Ширнин ЮА., Редькин А.К., Лазарев А.В., Гаджиев Г.М., Рукомойников К.П. Технология машинной пересадки подроста в процессе лесозаготовок. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003. 152 с.
8. Brissette J.C. Barnett J.P. Comparing first-year growth of bare-root and container plantings of shortleaf pine half-sib families // Proceedings of the 20th So Forest Tree Improvement Conf. Pub. June 26th-30th, Charleston SC. 1989. N 42. рр. 354-361.
9. Gwaze D, Melick R, Studyvin C., Hoss G. Survival and growth of container and bareroot shorleaf pine seedlings in Missouri // Proceedings of the Forest and Conservation Nursery Associations. USA: USDA For Serv Gen Tech Rep RMRS-P-43. 2006. рр. 123-126.
10. Rukomojnikov K.P. Technical and technological aspects of progressive cutting forest compartment with combined reforestation // World Applied Sciences Journal. 2013. Vol. 24. Iss. 11. рр. 1429-1434.
Поступила 17.10.14
UDC 631.336.6
Efficiency Substantiation of Functioning of Aggregates Complete Sets at Outplanting of Young Undergrowth from under the Forest Canopy
K.P. Rukomoynikov, Candidate of Engineering, Associate Professor
Volga State University of Technology, Lenina pl., 3, Yoshkar-Ola, 424000, Russia; e-mail:
Rukomoj nikovKP@marstu. net
The paper considers the way of combined reforestation which offers the combination of forest of harvesti g a d reforestatio o eratio s. he u dergrowth is dug out fro the areas of its guaranteed destruction and planted out on safe sites. It is marked, that now there is no technique of a substantiation of productivity of complete sets of the units involved in the
operations of combined reforestation. The recommendations for formation of complete sets of aggregates are given, the analysis of their functioning in various industrial conditions is carried out. The mathematical dependences for account of productivity of aggregates, involved in various operations of technological process of transplanting of young undergrowth, in view of their coordinated work are offered. The recommendations to realize the technological process of outplanting of undergrowth with the minimal machines downtime are given. The offered design procedure of complete performance allows to prove efficie cy of fu ctio i g of co lete sets of u its u der the forest ca o y i a y i dustrial conditions and a variety of natural and production factors.
Keywords: forest compartment, reforestation, outplanting of young undergrowth, timber harvesting, canopy.
REFERENCES
1. Shirnin Yu.A., Red'kin A.K., Uspenskiy E.I., Zakharikov V.M. A.S.1797788 SSSR Sposob zagotovki drevesnogo syr'ya i lesovozobnovleniya [A.S.1797788 USSR. Method of Harvesting of Wood Raw Material and Reforestation].
2. Gadzhiev G.M. Obosnovanie parametrov ustroystva dlya vykopki posadochnogo materiala s prikornevoy glybkoy: dis ... kand. tekhn. nauk [Justification of Device Parameters for Planting Material Digging with the Root Clumps: Diss. Cand. Eng. Sci.]. Yoshkar-Ola, 1999. 161 p.
3. Lazarev A.V. Obosnovanie tekhno logii i komplekta mashin dlya peresadki podro-sta: dis ... kand. tekhn. nauk [Substantiation of Technology and a Set of Machines for Young Growth Outplantation: Cand. Eng. Sci. Diss.]. Yoshkar-Ola, 1999. 138 p.
4. Shirnin Yu.A., Shestakov Ya.I. Gadzhiev G.M. Rabochiy organ dlya vykopki po-drosta [The Executive Device for Undergrowth Digging]. Patent RF no 2155473, 1999.
5. Rukomoynikov K.P. Razrabotka algoritma vybora variantov prokladki transportnykh utey ri rovede ii ko leksa lesosech ykh rabot s sov eshche y lesovossta ovle ie
[Development of Routing Choices Algorithm During Complex Logging Operations with a Combined Reforestation]. Lesnoy vestnik, 2010, no. 6 (75), pp.101-106.
6. Rukomoynikov K.P. Sovershenstvovanie tekhnologicheskogo oborudovaniya dlya peresadki podrosta s zakrytoy kornevoy sistemoy [Improving the Process Equipment for Containerized Undergrowth Replanting]. Lesnoy zhurnal, 2014, no. 2 (338), pp.9-17.
7. Shirnin Yu.A., Red'kin A.K., Lazarev A.V., Gadzhiev G.M., Rukomoynikov K.P. Tekhnologiya mashinnoy peresadki podrosta v protsesse lesozagotovok [Machine Technology of Outplant of Young Growth During Logging]. Yoshkar-Ola, 2003. 152 p.
8. Brissette J.C. Barnett J.P. Comparing First-Year Growth of Bare-Root and Container Plantings of Shortleaf Pine Half-Sib Families. In: Schroeder RA, Ed. Proceedings of the 20th So Forest Tree Improvement Conf. Pub. No. 42. June 26th-30th. Charleston SC, 1989, pp. 354-61.
9. Gwaze D., Melick R., Studyvin C., Hoss G. Survival and Growth of Container and Bareroot Shorleaf Pine Seedlings in Missouri. Eds. Proceedings of the Forest and Conservation Nursery Associations. USA, 2006, pp. 123-126.
10. Rukomoynikov K.P. Technical and Technological Aspects of Progressive Cutting Forest Compartment with Combined Reforestation. World Applied Sciences Journal, 2013, vol. 24, iss. 11, pp. 1429-1434.
Received on October 17, 2014
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2015.5.26
