Обоснование протяженности лесовозного уса Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ОБОСНОВАНИЕ ПРОТЯЖЕННОСТИ ЛЕСОВОЗНОГО УСА

Д.Н. АФОНИЧЕВ, проф. каф. транспорта леса и инженерной геодезии ВГЛТА, д-р техн. наук

[email protected]

Правильный выбор конструкции и параметров лесовозного уса обеспечивает повышение эффективности работы лесовозного транспорта, бесперебойность транспортного процесса, снижение себестоимости заготовки древесины. В настоящее время при проектировании внутриплощадочных дорог решается вопрос о целесообразности прокладки уса в лесосеку. Профессор Б.А. Ильин [1, 2] предложил зависимость, по которой можно определить целесообразность постройки уса в лесосеку или прокладки магистрального трелевочного волока

0Л * (Су - Смв) / (Ъмв - К1 С1)

где QЛ - объем древесины, вывозимой из лесосеки, м3;

Су - удельная стоимость строительства уса, руб/км;

СМВ - удельная стоимость прокладки магистрального волока, руб/км;

Ъу - удельная стоимость вывозки древесины по усу, руб/(м3-км);

ЪМВ - удельная стоимость трелевки древесины по магистральному волоку, руб/(м3 • км).

Если условие (1) выполняется, то постройка уса в лесосеку конструкции со стоимостью Су целесообразна, если указанное условие не выполняется, то следует проложить в лесосеку магистральный волок.

Профессор А.И. Иевлев [3] установил целесообразность строительства уса в лесосеку по следующему условию

1д *

C

Т 2

C

v П

+с

Q

с - с

^Д ^ТП

(2)

где l - протяженность намечаемого к строительству уса, км;

CT1, CT2 - себестоимость содержания машиносмены трелевочного средства при трелевке соответственно к усу и к ветке с учетом затрат на содержание транспортных путей, руб.;

Пр П2 - сменная производительность трелевочного средства при трелевке соответственно к усу и к ветке, м3;

СВ - себестоимость вывозки древесины по усу, руб/м3;

Q - ликвидный запас древесины на лесосеке, м3;

Сд - удельная стоимость строительства уса, руб/км;

СТП - удельная стоимость подготовки магистрального трелевочного волока, руб/км.

В описанных методах устанавливается целесообразность прокладки лесовозного уса, но не обосновывается его протяженность в пределах лесосеки, а также не предусматривается возможность применения на лесовозном усе различных дорожных конструкций, хотя при значительной длине лесосеки это может быть оправдано [4]. Рассмотрим вариант устройства автомобильного лесовозного уса, состоящего из двух участков: головного протяженностью l имеющего покрытие, и глубинного - без покрытия, имеющего протяженность l Необходимо установить оптимальную длину уса для лесосеки с заданными параметрами и длины участков уса: l и l Очевидно, что оптимальные параметры конструкции лесовозного уса l и lyr должны обеспечить минимум затрат Z (руб.) на вывозку древесины из лесосеки.

Z = 2 Z ^ min, (3)

i=1

где Z1 - затраты на устройство, содержание и ликвидацию лесовозного уса и погрузочных пунктов, руб.;

Z2 - затраты на устройство магистральных трелевочных волоков, руб.;

Z3 - затраты на вывозку древесины по усу, руб.;

Z4 - затраты на трелевку лесоматериалов по магистральным волокам, руб.;

Z5 - затраты на устройство пасечных трелевочных волоков, руб.;

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 3/2011

85

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Рисунок. Схема лесосеки при размещении пасечных волоков перпендикулярно лесовозному усу: 1 - ветка; 2 - погрузочный пункт; 3 - ус с покрытием; 4 - петлевой разворот; 5 - грунтовый ус; 6 - магистральный волок; 7 - пасечный волок

Z6 - затраты на трелевку древесины по пасечным волокам, руб.

На рисунке представлена схема лесосеки с размещением пасечных волоков перпендикулярно лесовозному усу, которая широко используется как при машинном, так и механизированном способах разработки [3]. Лесовозный ус (рисунок) имеет протяженность меньше, чем длина лесосеки и состоит из двух участков: с покрытием 3 и грунтового 5, а длина (глубина) лесосеки 1Л (км) согласно схеме составляет

1л = 0,Ч - lo = mln + 1к =

= 1УП + 1УГ + 1к + lo = А / 1°Ч, (4)

где dB - ширина зоны тяготения к ветке, км;

l0 - расстояние от оси ветки до границы лесосеки, км;

m - количество пасек, расположенных по одной стороне уса;

1П - расстояние между погрузочными пунктами, км;

1К - протяженность глубинного участка лесосеки, в которую не прокладывают ус, км;

A - площадь лесосеки, га;

dy - ширина зоны тяготения к усу, км.

Из выражения (4) следует зависимость

1УГ = (А / 100dy) + lo - 1УП - 1К. (5)

Для схемы лесосеки, представленной на рисунке, частные составляющие целевой

функции (3) определяются по следующим формулам.

Z1 = кУ(1УПСУП + 1УГСУГ) + ((1УП + 1П - 10)СРП /

/ кПРП) + 1УГСРГ / ^ПРГ + К(кт + ^ (6)

где кУ - коэффициент развития уса;

СУП - удельная стоимость строительства, содержания и ликвидации уса с покрытием, руб/км;

СУГ - удельная стоимость строительства, содержания и ликвидации грунтового уса, руб/км;

СРП - стоимость строительства, содержания и ликвидации одного петлевого разворота с покрытием, руб.;

СПРП - расстояние между петлевыми разворотами в пределах уса с покрытием, км;

СРГ - стоимость строительства, содержания и ликвидации одного грунтового петлевого разворота, руб.;

ЬПРГ - расстояние между петлевыми разворотами в пределах грунтового уса, км;

K - стоимость устройства, содержания и ликвидации одного погрузочного пункта, руб.;

к - коэффициент, зависящий от положения уса на лесосеке, при размещении уса по краю лесосеки к = 1, а при расположении уса по центру лесосеки или со смещением по направлению грузопотока вдоль ветки к = 2.

86

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Величина (кш + 1) представляет собой количество погрузочных пунктов на лесосеке, определяемое в зависимости от величины 1П равной [4]

L = 0,14.

кК

к d

'ТМВ^РМВ^У

(7)

где у - ликвидный запас древесины на 1 га, м3/га;

b - удельная стоимость трелевки древесины по магистральным волокам, руб/(м3-км);

крмв - коэффициент удлинения магистральных волоков.

Для схемы лесосеки, приведенной на рисунке

ш = (1уп + 1уг - 1о) / 1п. (8)

С учетом формулы (5) выражение (8)

примет вид

1

(

ш=

l

У 100dy

- L

(9)

Значения Lnpn и Lnpr можно установить, используя аналитические зависимости, приведенные в работе [5].

Z2 = кРМВСМВ[кш(1П — ао) + 1К — а0] (10)

где СМВ - удельная стоимость устройства и содержания магистрального волока, руб/км;

а0 - расстояние от крайнего пасечного волока до границы пасеки, км.

ЬУП [(1УП — l0 + 1П ) [l0 —

—а1 + 0, 5(lyn - l0 )] +

Z3 = 100ydyky \ +1УП (1УГ - 1П + 1К )] + ^, (11)

+ЬУГ [(1УГ — 1П )(0,51УГ —

—а1 ) + 1К (1УГ - а1 )]

где ЬУП - удельная стоимость перевозки древесины по усу с покрытием, руб/(м3■ км); а1 - расстояние от места погрузки до границы пасеки, км;

ЬУГ - удельная стоимость перевозки древесины по грунтовому усу, руб/(м3 ■ км).

Z4 = ^Му^ТМВ^^РМВ + а)1ПШ +

+ (0,51КкРМВ + a)U (12)

где а - расстояние, проходимое трелевочной машиной в пределах погрузочного пункта, км.

Z5 = (кРПВСПВ / an){lnm[dy - k(z + С) - Sy] +

+ lK(dy - 5МВ - kc)}, (13)

где кРПВ - коэффициент развития пасечного волока;

СПВ - удельные затраты на устройство пасечного волока, руб/км; аП - ширина зоны тяготения к пасечному волоку, км;

z - расстояние от уса до магистрального трелевочного волока, км; c - расстояние от конца пасечного волока до границы лесосеки, км; sy - ширина уса, км;

^МВ - ширина магистрального волока, км.

Z6 = (507кРПВЬТПВ / k)[lnm(dy - kz - sy)2 +

+ lK(dy - (14)

где ЬТПВ - удельная стоимость трелевки древесины по пасечным волокам, руб/(м3-км). Для поиска оптимальных значений параметров лесовозного уса 1УП и lyr найдем производные от целевой функции (3), при этом учтем, что функция (3) - аддитивная, а поэтому достаточно найти производные от ее составляющих Z и сложить их. В зависимостях (6), (10-14) переменными величинами являются: lyn, lyr, 1К, ш, причем lyr и ш в свою очередь зависят от l и 1К, что подтверждают зависимости (5) и (9).

Производные частного порядка от функций (5) и (9) по аргументам l и 1К равны

dlyr / dlyn = dlyr / д1К = -1. (15)

дш / dlyn = 0; дш / д1К = -1 / 1П. (16)

Суммирование производных частного порядка от функций (6), (10-14) позволяет получить следующие уравнения

кк С

П'П'РМВ^МВ_ (l -

V дZi ьг СрГ кК

ЬдГ = -кУСУГ - YPL~ -1--------1 УП

i=1 д1к LПРГ 1П 1П

-а0 ) + 100Ydy (0, 51П — 1К )(кУЬУГ — ЬТМВкРМВ ) +

+ ’крпС-{к + S - s,»} + -50ук‘

а

РПВЬТПВ

X

X[(dy - м )2 - d - ^ - у)2 ] =0. (17)

6 дZ C C

= кУ (Суп - Суг ) + Сж- - C^ + 100YX

i=1 д1УП LPPP LPPr

Х(Луку (Ьур - Ьуг )(1УГ + 1К - 0, 51П - а1 ) = 0 . (18)

Из уравнения (17) получим зависимость для расчета оптимального значения 1К, а из уравнения (18) - l

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011

87

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

К =

1

100Ydy {kybyr bTMBkPMB )

{kz + Sy - Smb } +

ar

+

50укрпвЬт

к

-\{dy smb )

(dy kz sy ) ] kyCyr

C

РГ

L

km

kK_

L

ккРМВСМВ (] _ a )

УП uo)

lr

[■ + 0,5ln. (19)

1

ky (СУП

100Jdyky (Ъуп Ъуг ) Lnpr

C

_Cyr)_Czl-]_lK + 0,5ln + a . (20)

Lnpn

Анализ зависимостей (19) и (20) показывает, что протяженность лесовозного уса в пределах лесосеки, определяемая величиной lK, зависит от размеров лесосеки и от соотношения удельных стоимостей строительства, содержания и ликвидации уса, магистрального волока, вывозки и трелевки древесины. Экономически целесообразно устраивать ус на протяжении 50-70 % от длины (глубины) лесосеки в зависимости от вышеперечисленных параметров. Целесообразность устройства головного участка уса более совершенной конструкции определяется соотношением удельных стоимостей строительства, содержания и ликвидации участков уса различной конструкции и вывозки древесины по ним, а также от протяженности уса.

При ограниченной протяженности уса устройство головного участка более совершенной конструкции может быть нецелесообразным, но зависимости (19) и (20) не учитывают потери от простоя транспорта в периоды, когда грунтовые дороги становятся непроезжими, а также увеличение затрат на вывозку по причине ухудшения состояния грунтовых дорог. Для устранения возможных потерь необходимо при организации вывозки древесины в неморозный период рассмотреть следующие варианты:

- устройство в отдельные лесосеки усов с покрытиями, которые можно эксплуатировать после затяжных дождей;

- устройство головных участков всех усов с покрытиями;

х

- устройство в отдельные лесосеки головных участков усов с покрытиями.

Выбор конкретного варианта представляет собой комплексную технико-экономическую задачу, решение которой невозможно без аналитических зависимостей, представленных в настоящей работе. Объемы строительства усов различных конструкций определяются в зависимости от климатических условий района и типа местности по степени и характеру увлажнения.

Выводы

1. Анализ представленных аналитических зависимостей показывает, что экономически оправдано прокладывать ус в лесосеку на некоторую часть ее глубины, величина которой зависит от размеров лесосеки и от соотношения удельных стоимостей строительства, содержания и ликвидации уса, магистрального волока, вывозки и трелевки древесины, а также от ликвидного запаса древесины.

2. Выделение по протяженности уса участков различной конструкции, причем на головном участке устройство более совершенной дорожной конструкции обосновывается с учетом климатических условий района и типа местности по степени и характеру увлажнения, а также размеров лесосеки и сроков ее транспортного освоения.

Библиографический список

1. Сухопутный транспорт леса / В.И. Алябьев, Б.А. Ильин, Б.И. Кувалдин и др. - М.: Лесная пром-сть, 1990. - 416 с.

2. Ильин, Б.А. Основы размещения лесовозных дорог в сырьевых базах лесозаготовительных предприятий / Б.А. Ильин. - Л.: ЛТА, 1987. - 63 с.

3. Иевлев, А.И. Моделирование и оптимизация лесопромышленных процессов. - в 2-х ч. Ч. 2. / А.И. Иевлев, И.А. Сидельников. - Воронеж: ВГЛ-ТА, 1997. - 76 с.

4. Афоничев, Д.Н. Оптимизация размещения внутриплощадочных дорог в сырьевых базах лесозаготовительных предприятий / Д.Н. Афоничев // Природопользование: ресурсы, техническое обеспечение: межвуз. сб. научн. тр. ВГЛТА. - Воронеж, 2007. - Вып. 3. - С. 36-42.

5. Афоничев, Д.Н. Размещение петлевых разворотов на лесовозных усах / Д.Н. Афоничев // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2010. - № 6. - С. 93-97.

88

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011