Определение удельных энерго и трудозатрат при работе харвестеров и форвардеров Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

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

mkn08@mail.ru

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