CC BY
135
К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»
тяжелых автопоездов, с учетом дорожных конструкций, по которым производится вывозка) и климатические параметры региона, через установление возможных критических периодов, когда существует опасность разрушения дороги автопоездами.
Библиографический список
1. Васильев, А.П. Состояние дорог и безопасность движения в сложных погодных условиях / А.П. Васильев. - М.: Транспорт, 1976.
2. Правила диагностики и оценки состояния автомобильных дорог: ОДН 218.0.006-2002 // Гос. служба дор. хоз-ва (Росавтодор) Минтранса России. - М.: Информавтодор, 2002.
3. Справочная энциклопедия дорожника. Т.2: Ремонт и содержание дорог. / Под ред. А.П. Васильева.
- М.: Транспорт, 2004.
4. СНиП 2.05.07-91. Промышленный транспорт.
5. Тюрин, Н.А. Проектирование лесосечно-транспортных процессов с учетом влияния климата. //Сухопутный транспорт леса: сб. науч. тр. / Н.А. Тюрин. - СПб.: ЛТА, 1994. - С. 53-57.
6. Коваленко, Т.В. Учет климатических факторов при организации лесотранспортных процессов в лесозаготовительном предприятии / Т.В. Коваленко // Сухопутный транспорт леса: Матер. научно-технической конференции. - СПб.: СПбГЛТА, 2009.
- С. 105-111.
7. Бируля, А.К. Эксплуатация автомобильных дорог / А.К. Бируля. - М.: Автотрансиздат, 1956.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНЫХ ЭНЕРГО- И ТРУДОЗАТРАТ
при работе харвестеров и форвардеров
М.В. КОЛОМИНОВА, доц. каф. технологии и машин лесозаготовок и прикладной геодезии Ухтинского ГТУ, канд. техн. наук
При оценке экономической эффективности того или иного технологического процесса лесозаготовок важным показателем является часовая производительность применяемых машин. Но лесосечные работы являются довольно энергоемким и трудоемким процессом. Поэтому помимо расчета часовой производительности используемых машин необходимо выявление технологий заготовки древесины, позволяющих получить продукцию при минимальных затратах энергии и минимальных трудозатратах, что является важной актуальной задачей.
Удельные энергозатраты (удельная энергоемкость) - это показатель, определяющий количество энергии, отнесенное к единице выполненной технологической работы или продукции (м3). Теоретические основы расчета энергозатрат были разработаны проф. В.Г. Ко-чегаровым [1] и проф. В.Б. Прохоровым [2].
Удельные трудозатраты (удельная трудоемкость) - это показатель, характеризующий затраты рабочего времени на изготовление единицы продукции или на выполнение определенной работы [3].
Основным способом снижения энергозатрат технологического оборудования
является замена устаревших технологий, машин и механизмов. А для снижения трудозатрат необходимо по максимуму уменьшить затраты человеческого труда. Поэтому рассмотрим расчет удельных энерго- и трудозатрат для технологического процесса заготовки сортиментов системой машин: харвестер типа Ponsse Ergo + форвардер типа Ponsse Buffalo + самопогружающийся автопоезд типа Урал-4320+ЛВ-185. Многие лесозаготовительные предприятия Республики Коми перешли полностью или частично именно на эту скандинавскую технологию.
Расчетная часовая производительность в общем виде рассчитывается по формуле
П = 3600V/t, (1)
где 3600 - переводной коэффициент;
V - объем работы, выполненной за один
цикл;
t - время цикла, с.
Часовая производительность харвес-тера (валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины), м3/час, рассчитывается по формуле
Пхар.
3600 -¥х
tд. + tnp. + tc. + ^перех. ' k
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
63
НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС
3600 - Vx.
п- d2 • n
ср.
пр.
td +—x—+ ■
Up. 4 • Пчистмил- К
+
104 •Ух• k A-u-q
, (2)
где Vx - средний объем дерева (хлыста), м3; t. - время доставки манипулятором ва-лочно-сучкорезно-раскряжевочной головки (ВСРГ) к дереву и подтаскивание его к месту обработки, с; tnp - время протаскивания дерева через сучкорезные ножи, с; t - время на спиливание и раскряжевку хлыста на сортименты, с; tnspex. - время перехода между рабочими позициями в расчете на одно дерево, с; lx - средняя длина дерева (хлыста), м; ипр - скорость протаскивания при обрезке сучьев, м/с; п = 3,14;
dc - средний диаметр спиливаемого дерева (хлыста), м;
nnp - число пропилов при раскряжевке, включая спиливание;
П - производительность чистого
пиления, м2/с;
kn - коэффициент использования производительности чистого пиления,м;
104 - переводной коэффициент; k - коэффициент, учитывающий время на повороты харвестера на границах делянки;
q - средний запас леса на 1 га, м3/га;
А - ширина ленты, разрабатываемой хар-вестером, м;
и - скорость движения харвестера по лесосеке, м/с.
Часовая производительность форвар-дера (трелевочной машины сортиментов), м3/ час, определяется по формуле
Пфор. -
3600- Vn_
t л + t /дв. сб.-шт.
3600-V
1 ср. kм- _+ t3axe. Vn,
(3)
и
фор.
V
где V - объем трелюемой пачки сортимен-
тов, м3
tde - время на передвижения форвардера за один рейс, с;
t - время на сбор и штабелевку сор-
сб.-шт. г г j г
тиментов за один рейс форвардера, с; lcp - среднее расстояние трелевки, м;
ьфор - средняя скорость движения форвар-дера, м/с;
kM - коэффициент, учитывающий время маневров форвардера на лесосеке и погрузочном пункте, с; t - время одного цикла захвата пачки сортиментов, переноса их и укладки в штабель, с;
V - объем пачки сортиментов, захватываемых за один прием, м3.
Часовая производительность самопогружающегося автопоезда, м3/час, рассчитывается по формуле
Ппогр.
3600-V
погр.
t А +1 - n +1
подг. укл. 1 креп.
3600-F
t А + t
подг. укл.
Мп.с. -Ф1
Vnогр. - ф2
+ t,
креп.
(4)
где V - объем погружаемой пачки сортиментов, м3;
tnoda - время подготовки подвижного состава к погрузке, с;
tyKjj - время укладки одной пачки, с;
- число погружаемых пачек;
t - время крепления и оправки пакета
креп. гг г
после погрузки, с;
ф; - коэффициент использования рабочего времени;
ф2 - коэффициент использования грузоподъемности лесопогрузочного средства.
Удельные энергозатраты, кВт-ч/м3, при работе харвестера (валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины) определяются по формуле
gхар.
С - п-d2 -Ь-K ср. ( v > с u - v С М - ш - v
4- Vx ln U р- Л у ' Vx.- Л
+
Cv
V
K pS+
К.Ш1 +Gnp)»H+lx(1-k )Qx^x
+■
C ■Пdp - Ь - Kраск. *П
4- V
n
v с2 - u - v
уП U рез.- Лу
+
+
104 - C - gm- w м- v - (1+^i), c - a
v
, (5)
q- А - n Vx.- n
где C = 1/3600 - переводной коэффициент;
64
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»
b - ширина пропила, м;
К - удельная работа резания при спилива-нии ствола, кДж/м3;
v - коэффициент увеличения затрат энергии от непроизводительных движений;
П - КПД устройств, передающих энергию к рабочим органам машины;
и - скорость подачи режущего механизма, м/с;
ир - скорость резания, м/с;
с2 - коэффициент пропорциональности между усилиями резания и подачи;
M - момент силы сталкивания дерева с пня, кН-м;
ш - угол сопровождения дерева валочным рычагом при сталкивании дерева с пня, рад;
Кр - удельная работа резания при срезании сучьев, кДж/м2;
S - суммарная площадь среза сучьев, м2;
Qx - сила тяжести хлыста, кН;
k - коэффициент, показывающий, какая доля силы тяжести хлыста давит на протаскивающий механизм;
G - сила тяжести элементов протаски-
пр. г
вающего механизма, кН;
- коэффициент сопротивления движению хлыста от движущихся элементов протаскивающего механизма по направляющим;
^ - коэффициент сопротивления движению хлыста по поддерживающей его плоскости и по ножам;
Краск - удельная работа резания при раскряжевке хлыстов, кДж/м3;
ирез - скорость резания при раскряжевке хлыста, м/с;
n - число пропилов при раскряжевке;
G - сила тяжести машины, кН;
- коэффициент сопротивления движению машины;
т} - отношение пути, проходимого машиной на холостом ходу, к таковому при выполнении технологической работы;
Ад - работа по доставке рабочих устройств к дереву и установке в транспортное положение, кДж.
Удельные энергозатраты, кВт-ч/м3, при работе форвардера (трелевочной машины сортиментов) определяются как
С •
ёфо
r(h + гм:шм)+
V
v
+
П
+
С• k0 •Ум/(! + 2•а)
П
(6)
где у - объемная сила тяжести древесины, кН/
м3;
hj - высота подъема при укладке сортиментов на форвардер, м;
гм - радиус поворота манипулятора, м;
юм - средний угол поворота манипулятора, рад;
k0 - коэффициент, учитывающий увеличение пути, проходимого машиной с пачкой сортиментов, по отношению к расчетному;
а - отношение силы тяжести форвардера к силе тяжести трелюемой пачки.
Удельные энергозатраты, кВт-ч/м3, процесса погрузки сортиментов самопогружающимся автопоездом определяются по формуле
г Мпс
С •у^с.^с/ -у
V
g погр.
погр.
+
+
п
С • ^^с.^с/ rn/v
п
(7)
где юс - средний угол поворота стрелы манипулятора;
цс - коэффициент трения в подшипнике поворота стрелы манипулятора;
г. - расстояние по горизонтали от оси машины до центра сечения пачки в месте захвата, м; Мп с - грузоподъемность подвижного состава, м3;
Gc - сила тяжести стрелы манипулятора, с кН.
Все расчеты удельных энергозатрат в зависимости от объема хлыста сводятся в табл.1.
Удельные трудозатраты, чел.-дн./м3, в общем виде определяются по выражению
Т=-
m4„
M4.itCM-tpy
(8)
с. м
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
65
НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС
Таблица 1
Удельные энергозатраты технологического процесса, кВт^час/м3
Наименование работы Объем хлыста, м3
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Валка, очистка деревьев от сучьев-раскряжевка хлыстов харвестером типа Ponsse Ergo 0,960 0,574 0,434 0,362 0,318
Трелевка сортиментов форвардером типа Ponsse Buffalo при среднем расстоянии трелевки 1р =200 м 0,625 0,624 0,623 0,622 0,621
Погрузка сортиментов самопогружающимся автопоездом типа Урал-4320+ЛВ-185 0,554 0,302 0,221 0,180 0,156
Суммарные удельные энергозатраты 2,139 1,500 1,278 1,164 1,095
Таблица 2
Удельные трудозатраты технологического процесса, чел.-дн./м3
Наименование работы Объем хлыста, м3
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Валка, очистка деревьев от сучьев-раскряжевка хлыстов харвестером типа Ponsse Ergo 0,026 0,015 0,011 0,009 0,008
Трелевка сортиментов форвардером типа Ponsse Buffalo при среднем расстоянии трелевки 1р = 200 м 0,015 0,009 0,006 0,005 0,004
Погрузка сортиментов самопогружающимся автопоездом типа Урал-4320+ЛВ-185 0,080 0,046 0,035 0,029 0,026
Суммарные удельные трудозатраты 0,121 0,070 0,052 0,043 0,038
где m - число рабочих, обслуживающих машину или механизм;
Мц - объем выполненной работы за один цикл, м3;
t - продолжительность рабочей смены, с;
tp - время на регламентированные простои, подготовительные и заключительные работы, время отдыха рабо-
чих, с.
При получении сортиментов с помощью валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины (харвестера) удельные трудозатраты, чел.-дн./м3, определяются по формуле
(
т-
Т =
хар.
fd. +
I
n-d2 n
ср. пр.
U
пр.
4 • П • к
* чист.пил. п.
+
104- V- к Л
A-и-q
. (9)
V • (t -t )
х. \ см. р. /
Удельные трудозатраты на сбор, трелевку и штабелевку сортиментов форварде-ром (трелевочной машиной сортиментов), чел.-дн./м3, определяются как
т-2
Т
фор-
ср. м
V °фор-
Мп.<*см~К)
(10)
Удельные трудозатраты при погрузке сортиментов самопогружающимся автопоездом, чел.-дн./м3, рассчитываются по формуле
m
t д +t M^^1+t
подг. укл. V гп. креп.
Т =-
погр.
V
погр
•Ф2
V -(t -t )
погр. \ см. р.у
(11)
Все расчеты удельных трудозатрат в зависимости от объема хлыста сводятся в таблицу 2.
Приведенная методика расчетов позволяет вычислять такие важные показатели экономической эффективности, как удельные энерго- и трудозатраты при использовании для заготовки сортиментов харвестеров и форвардеров. Но однозначный переход на технологию с использованием харвестеров и форвардеров является порой дорогостоящим и медленно окупаемым процессом, особенно для предприятий с малыми объемами лесозаготовок. В Республике Коми частных предприятий с малыми объемами лесозаготовок довольно много. Поэтому по аналогии с данной методикой можно рассчитать данные показатели для технологии по заготовке сорти-
66
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»
ментов при использовании таких вариантов систем машин, как
- бензопила на валке деревьев типа Husqvarna-262XP + трелевочный трактор с канатно-чокерным оборудованием типа ТТ-4 + бензопила на очистке деревьев от сучьев и раскряжевке хлыстов типа Husqvarna-262XP на погрузочном пункте + самопогружающийся автопоезд типа Урал-4320+ЛВ-185;
- бензопила на валке, очистке деревьев от сучьев и раскряжевке хлыстов типа Husqvarna-262XP + форвардер типа Ponsse Buffalo + самопогружающийся автопоезд типа Урал-4320+ЛВ-185;
- бензопила на валке деревьев типа Husqvarna-262XP + трелевочный трактор с канатно-чокерным оборудованием типа ТТ-4+ сучкорезно-раскряжевочная машина типа ЛО-120 + самопогружающийся автопоезд типа Урал-4320+ЛВ-185;
- бензопила на валке деревьев типа Husqvarna-262XP + трелевочный трактор с канатно-чокерным оборудованием типа ТТ-4 + сучкорезная машина на очистке деревьев от сучьев на погрузочном пункте типа ЛП-30Б + бензопила на раскряжевке хлыстов типа Husqvarna-262XP на погрузочном пункте + самопогружающийся автопоезд типа Урал-4320+ЛВ-185;
- валочно-пакетирующая машина типа ЛП-19А+ трактор с пачковым захватом типа ЛТ-154+ сучкорезно-раскряжевочная машина типа ЛО-120 + самопогружающийся автопоезд типа Урал-4320+ЛВ-185;
- валочно-пакетирующая машина типа ЛП-19А + трактор с пачковым захватом типа ЛТ-154 + бензопила на очистке деревьев от сучьев и раскряжевке хлыстов типа Husqvarna-262XP на погрузочном пункте + самопогружающийся автопоезд типа Урал-4320+ЛВ-185;
- валочно-пакетирующая машина типа ЛП-19А + трактор с пачковым захватом типа ЛТ-154 + сучкорезная машина на очистке деревьев от сучьев типа ЛП-30Б на погрузочном пункте + бензопила на раскряжевке хлыстов типа Husqvarna-262XP на погрузочном пун-
кте + самопогружающийся автопоезд типа Урал-4320+ЛВ-185.
Можно рассмотреть также варианты работы форвардера с сортировкой и без сортировки сортиментов:
I вариант - работа с погрузкой на лесосеке всех сортиментов подряд и разгрузкой на погрузочном пункте также всех сортиментов подряд;
II вариант - работа с погрузкой на лесосеке всех сортиментов подряд и созданием на погрузочном пункте отдельно хвойных и лиственных штабелей;
III вариант - работа с погрузкой, трелевкой и выгрузкой на погрузочном пункте сначала хвойных сортиментов, затем возвратом на лесосеку за лиственными сортиментами.
При сравнении удельных энерго- и трудозатрат различных технологических процессов заготовки сортиментов при лесосечных работах получим, что энергозатраты и затраты человеческого труда при работе на той или иной машине и при выполнении той или иной технологической операции значительно отличаются друг от друга. Приведенную методику расчетов трудозатрат можно учитывать при начислении заработной платы рабочим на лесозаготовках.
Сравнение удельных энерго- и трудозатрат для различных технологических процессов лесозаготовок позволит выбрать такую систему машин, при использовании которой удельная энергоемкость и удельная трудоемкость данного технологического процесса будут минимальными. Также по расчетным формулам можно рассмотреть, за счет чего можно будет уменьшить затраты.
Библиографический список
1. Кочегаров, В.Г. Технология и машины лесосечных работ / В.Г. Кочегаров, Ю.А. Бит, В.Н. Меньшиков.
- М.: Лесн. пром-сть, 1990. - 392 с.
2. Прохоров, В.Б. Эксплуатация машин в лесозаготовительной промышленности / В.Б. Прохоров.
- М.: Лесн. пром-сть, 1978. - 304 с.
3. Большой энциклопедический словарь - М.: АСТ, 2005. - 1248 с.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
67
