Обоснование эффективных средощадящих технологий разработки лесосек на базе мобильных канатных установок Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 630*372

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ СРЕДОЩАДЯЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗРАБОТКИ ЛЕСОСЕК НА БАЗЕ МОБИЛЬНЫХ КАНАТНЫХ УСТАНОВОК

младший научный сотрудник А. В. Бондаренко кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры лесной промышленности, метрологии, стандартизации и сертификации А. С. Черных кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры лесной промышленности, метрологии, стандартизации и сертификации В. В. Абрамов ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» [email protected], [email protected], уйаН 1980а@таП.ги

В настоящее время около 20 % всей лесопокрытой площади России приходится на горные леса, при этом доля запаса древесины на данных территориях около 30 % от общего по стране. Одной из основных особенностей лесозаготовок в горных районах является более высокая стоимость их проведения, связанная со сложными условиями работ из-за рельефа местности. Особенно существенно увеличиваются затраты на первичный транспорт и вывозку леса.

Выбор наиболее адаптированных технических средств, оптимизация их режимов работы, обоснование экономичных схем транспортировки древесины с позиции дифференцированного подхода к разрабатываемым участкам остаются наиболее актуальными направлениями совершенствования производственной деятельности лесозаготовительных предприятий на данных территориях. Правила рубок в горных лесах нашей страны выработаны в основном с позиции последующего успешного естественного возобновления, поэтому проведение исследовательской работы по обозначенным направлениям повышения эффективности транспортировки древесины не может рассматриваться без

обеспечения сохранения компонентов леса в необходимом объеме [1, 3, 4].

Использование для внутрилесосечного транспорта традиционных технических средств (многооперационных машин, трелевочных тракторов) приводит к разрушению почвы, подроста, части растущих деревьев, наносит невосполнимый ущерб природе леса, вызывает оползни, эрозию почв, и даже гибель целых лесных массивов. Поэтому наиболее предпочтительным вариантом для горных лесов на первичной транспортировке древесины являются канатные установки, особенно самоходного типа - без значительных трудовых и материальных затрат на монтажно-демонтажные работы, а также перебазирование. Они не имеют ограничений по уклону разрабатываемой местности, наиболее приспособлены к экологическим особенностям горных лесов и отличаются, к тому же, минимальной энерго- и металлоемкостью, достаточно высокой производительностью, обеспечивают требования техники безопасности транспортных работ. Сравнение эффективности использования канатных установок и традиционной тракторной технологии показывает, что по длине трассы канатные установки вне конкурен-

ции; по энергозатратам - расход горючего в 4...5 раз меньше относительно трактора; по затратам на ремонт и техобслуживание канатные установки также на много экономичнее, чем трактор. Кроме этого, работа канатных установок не лимитируется природными условиями и временем года. Но главным их преимуществом является полное соответствие, экологическим условиям сохранения лесной среды: перемещая грузы в подвешенном состоянии, канатные установки способствует сохранению почвенного покрова и подроста, предупреждению повреждений корневых систем оставленных растущих деревьев и сохранению всех сопутствующих живому лесу даров природы.

Для принятия научно-обоснованных решений на стадии технологического проектирования по использованию самоходных канатных установок требуется учитывать кроме рельефа местности - конфигурацию лесосеки, непредсказуемо изменяющуюся по естественным ее рубежам (скале, хребту, балке, речке и т.п.); лесо-таксационные показатели насаждения (запас, объемы хлыстов, состав насаждения); способ рубки; вид транспортируемой древесины; характеристику технических средств. Достоверность прогнозируемых результатов функционирования различных вариантов техники с такой высокой чувствительностью к условиям производства и природной среды возможна только на основе использования современных методов моделирования и имитации транспортных процессов [5, 6, 7].

Для этого необходимо решение следующих задач: структуризация циклового времени трелевки по всем исследуемым

вариантам разнотипной техники; установление теоретических зависимостей по каждой составляющей продолжительности трелевки от ее основных факторов влияния; разработка информационно-логических блок-схем и имитационных моделей функционирования техники; сбор информации для моделирования в различных условиях производства и природной среды; проверка построенных моделей на адекватность в конкретных лесоэксплуатационных условиях; корректировка полученных моделей в случае не соответствия их реальной действительности.

Общее время, затрачиваемое самоходной канатной установкой на разработку лесосеки, согласно принятому в работе подходу [2], определяется формулой:

Т б _ г + гд + г + г о , (1)

раб м.ку дм.ку п.л. т.дер ' V /

где гмку - время на монтаж установки на

расчетном участке, с;

гдм ку - время на демонтаж установки

на расчетном участке, с;

гпл - время на переезды между лентами на расчетном участке, с;

гт дер - время, затрачиваемое на трелевку всех деревьев на расчетном участке, с.

Время на монтаж и демонтаж установки, будет описываться формулами:

А

г _ — ■ г ,

м. ку д м. ку.л '

_ А

гдм.ку д гдм.ку.л '

(2) (3)

где А - длина расчетного участка, м;

Д - ширина разрабатываемой пасе-

ки, м;

гм.ку.л , гдм.ку.л - время монтажа и демонтажа установки на одной разрабатываемой ленте соответственно, с.

Время монтажа и демонтажа канат-

ной установки на одной разрабатываемой ленте, определяется по формулам и, соответственно.

г _г,+г г ^ +г„+г. + г

м.ку.л м1 м2

(4)

где гм1 - время на фиксацию канатной установки, с;

гм 2 - время на переход работника с монтажным тросиком от канатной установки к опорному дереву, с одновременным переходом одного человека с технологическим оборудованием, с;

г

м 3

время на фиксацию опорного

^дм.ку.л гдм1 + г

м3 м4 м5 м6

блока на дереве, с;

гм 4 - время на установку растяжек

для опорного дерева, переход к канатной установке, и возврата монтажного троса к канатной установке, с;

гм5 - время запасовки грузового троса, с;

6 - время на монтаж каретки, с.

(5)

дм 2

+ гдм3 + гдм4 + гдм5

где г

дм1

г

время на демонтаж каретки, с;

1дм 2 - время сматывания несущего каната на барабан, с;

гдм 3 - время на переход работников к опорному дереву, с;

гдм 4 - время на демонтаж растяжек и опорного блока и на переход работника от

2Ь

гм1 _ г

м1

ф. м. р

+(-

у. р.ку

опорного дерева к канатной установке с монтажным оборудованием, с;

гдм 5 - время на демонтаж растяжек канатной установки и фиксации ее мачты в транспортное положении, с.

Время на фиксацию канатной установки, определяется по следующей формуле:

• К,

у. р

V

+ гз.р.ку ) • Хр.

р.ку

(6)

п. р. у. р

где гфмр - время фиксации мачты в рабочем положении, с;

^ - расстояние, на котором устанавливается растяжка при фиксации мачты канатной установки, м;

Кур - коэффициент увеличения пути проходимого работником за счет обхода естественных препятствий;

Кпрур - средняя скорость перехода работника при установке растяжек, м/с;

г

-зрку время, затрачиваемое на зацепку одной растяжки для фиксации мачты канатной установки, с;

Хрку - количество растяжек для

фиксации мачты канатной установки.

Время на переход работника с монтажным тросиком от канатной установки к опорному дереву, определяется по формуле: L

..............(7)

г 2 _

м 2

т.ку

V

• К

у. р

п.ф.к.д

где

Ь

т.ку

протяженность трассы канат-

ной установки или расстояние от канатной установки до опорного дерева (можно принимать равным ширине лесосеки), м;

Упфкд - скорость перехода работника с монтажным тросиком для фиксации

t

м 4

(

2Ьу.р.д • Ку.р

п. р. у. р

каната на опорном дереве, м/с.

Время на установку растяжек для опорного дерева, переход к канатной установке, и возврата монтажного троса к канатной установке в виду параллельности некоторых операций по времени определяется по формуле:

+р.д) • ^+• К

V,

у. р

(8)

х.п. р

где Lурд - расстояние, на котором устанавливается растяжка при фиксации блока на опорном дереве, м;

tзрд - время, затрачиваемое на зацепку одной растяжки для фиксации блока на опорном дереве, с;

Nр д - количество растяжек для фиксации блока на опорном дереве;

Ухп- скорость холостого перехода

работников по лесосеке, м/с.

Время запасовки грузового каната определяется формулой:

2 • Ь_„, + Ь

^м5

т.ку

V

• К

у. р

(9)

где Ьзк - дополнительная длина каната для нормальной запасовки, м;

Уск - скорость сматывания каната

лебедкой канатной установки.

При демонтаже канатной установки затраты времени на переход работников к опорному дереву, определяются по формуле 7, куда вместо скорости перехода работника с монтажным тросиком подставляется скорость холостого перехода рабочего по лесосеке. Время на демонтаж растяжек и опорного блока и на переход работника от опорного дерева к канатной установке с монтажным оборудованием находятся по формуле:

t

дм 4

_ . (2Ьу.р.д ' Ку.р

об( V

+ to.р.д ) • +

ь

т.ку

р.д

п. р. у. р

где to рд - время, затрачиваемое на отцепку одной растяжки для опорного дерева, можно принять равным времени на зацепку растяжки, с;

1об - время, затрачиваемое на отцепку опорного блока, с;

Уп мо - скорость перехода работника с

монтажным оборудованием по лесосеке, м/с. При демонтаже растяжек канатной

• К

у. р

(10)

установки и фиксации ее мачты в транспортном положении затраты времени определяется по формуле 6. Где вместо времени фиксации мачты установки подставляется время на ее установку в транспортное положение, а вместо времени зацепки растяжки время ее снятия.

Время на переезды между лентами на расчетном участке определяется по формуле:

Тп.л._ А • С^, (11)

где Сдвку- коэффициент, учитывающий

дополнительное время, затрачиваемое на остановку, дополнительные переезды и разворот канатной установки перед ее установкой на разрабатываемой ленте.

Время трелевки всех деревьев на расчетном участке определяется по формуле:

(12)

^т.дер.в(пп)

где г

б

у. л

гт.п.дерв(пп) + м • к

, (13)

среднее время трелевки од-

т.п.дерв(пп)

ной пачки деревьев на волоках или полупасеках, с;

бу.л -

запас леса, приходящийся на

/ +г А

т.дер т.дер.в т.дер.пп'

где гт

г

время трелевки всех

т.дер.в? т.дер.пп

деревьев на волоках и полупасеках, с.

Время трелевки всех деревьев на волоках и полупасеках определяется по формуле:

гт.п.дерв( пп) ^т.д.1 + ^т.д.2

где гтд1 - время натяжения грузового каната для перемещения каретки, с;

гтд2 - среднее время перемещения каретки к месту формирования пачки, с;

волоки или полупасеки, м ;

Мку - объем пачки деревьев трелюемой канатной установкой на волоке, м3.

Среднее время трелевки одной пачки деревьев на волоках и полупасеках определяется по формуле:

+ гт.д3 + гт.д.4 + ^т.д.5 + ^т.д.6 , (14)

г

т.д.6

время отцепки пачки деревь-

ев, с.

- среднее время формирования

гт.д.3

пачки, с;

гтд4 - время натяжения грузового каната для перемещения каретки с пачкой деревьев, с;

Среднее время перемещения каретки к месту формирования пачки определяется по формуле:

г.

.д.2

Ьт.ку

2 • К

(15)

гтд5 - время трелевки пачки деревь-

ев, с;

где Уух - скорость холостого хода каретки канатной установки, м/с.

Среднее время формирования пачки определяется по формуле:

гт.д.3 го.к. + гч.д.

где го к - время опускания каретки для зацепки пачки деревьев, с;

гчд - среднее время чокеровки одного дерева, с;

Мк.у. • Кр + ^о.б.р

V

(16)

^хл ' о.б.р

Уоб - скорость отхода работника на

безопасное расстояние, м/с.

Время трелевки пачки деревьев определяется по формуле:

Ь

о.б. р

расстояние, на которое дол-

г

.д.5

жен отойти чокеровщик после зацепки пачки, м;

Ьт.ку

2 • V,

(17)

где Угх- скорость рабочего хода каретки канатной установки, м/с.

Время отцепки пачки деревьев определяется по формуле:

t д6 _ t +1 д ■ МкуКр , (18) т.д.6 о.к.п о.ч.д. ' V >

Ях

где tn

■окп - время опускания каретки с пачкой деревьев» с;

¿оч д - среднее время отцепки чокера

с одного дерева, с.

Представленная аналитическая модель функционирования самоходной канатной установки позволяет определять продолжительность ее работы на лесосеке в широком изменении факторов: предмета труда, условия работы, технологии и технического средства. В дальнейшем на ее основе рекомендуется разработка информационно-логических блок-схем и имитационных моделей функционирования канатных установок для принятия научно-обоснованных решений на стадии технологического проектирования по выбору наиболее адаптированных к конкретным лесоэксплуатационным условиям горной местности технических средств, оптимизации режимов их работы, а также обоснованию наиболее экономичных схем работы внут-рилесосечного транспорта.

Библиографический список

1. Абрамов В.В. Имитационное моделирование работы трелевочных средств на выборочных рубках: Деп. в ВИНИТИ 22.07.2008, № 631-В2008. Воронеж, 2008. С. 96.

2. Луценко Е. В. Эффективные объемы лесозаготовительного производства в условиях горных лесных массивов Дальнего Востока // Актуальные проблемы лесного комплекса/ Под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Брянск: БГИТА, 2010. Выпуск 25. С. 160-162.

3. Пошарников Ф.В., Абрамов В.В., Бондаренко А.В. Оптимизация параметров работы трелевочных средств при уходе за насаждением: Деп. в ВИНИТИ 14.07.2011, № 342-В2011. Воронеж, 2011. С. 41.

4. Пошарников Ф.В., Абрамов В.В., Бондаренко А.В. Анализ технологий и технических средств для выполнения транспортировки древесины в условиях горной местности: Деп. в ВИНИТИ 14.07.2011, №

343-В2011. Воронеж, 2011. С. 35.

5. Пошарников Ф.В., Абрамов В.В., Бондаренко А.В. Моделирование процесса транспортировки древесины в горной местности: Деп. в ВИНИТИ 14.07.2011, №

344-В2011. Воронеж, 2011. С. 31.

6. Пошарников Ф.В., Абрамов В.В. Выполнение трелевки в условиях постоянного и непрерывного лесопользования // Вестник Московского государственного университета леса. Лесной вестник. 2008. №6. С. 108-111.

7. Пошарников Ф.В., Абрамов В.В., Бондаренко А.В. Разработка математической модели трелевки древесины в условиях несплошных рубок // Современные проблемы науки и образования. 2012. №2. URL: http://www.stience-educati-on.ru/102-5521 (дата обращения: 17.04.2013).