CC BY
32
ТЕХНОЛОГИЯ ЗАГОТОВКИ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ДРЕВЕСИНЫ
УДК 630*232
Хвойные бореальной зоны. 2019. Т. XXXVII, № 6. С. 448-454 ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ НА ВЫРУБКАХ
Д. Ю. Дручинин, Е. В. Поздняков
Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова, Российская Федерация, 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8 E-mail: drachinin.denis@rambler.ru
Рассмотрены особенности выполнения лесовосстановительных работ на вырубках с использованием средств механизации. Отмечено, что после лесозаготовок вырубки представляют собой территорию с наличием на поверхности или вдавленных в почву порубочных остатков, пней и их корней. Качество работы лесо-хозяйственных машин в условиях вырубок с количеством пней до 600 шт./га и порубочных остатков до 5 м3/га находится на удовлетворительном уровне без корчевания пней. Однако на восстанавливаемых площадях с большим количеством пней на одном гектаре качество работ резко снижается, следовательно, необходимо проведение очистки вырубок от пней и порубочных остатков. Согласно современным нормативным требованиям удаление пней производят сплошной, широкополосной и узкополосной корчевкой. Однако корчевка имеет ряд недостатков технологического и экологического плана. Установлено, что успешный рост лесных культур обеспечивается за счет более полного сохранения верхних горизонтов почвенно-растительной среды. Выявлено, что для удаления пней на вырубках целесообразно применение машин с активными рабочими органами, воздействующих лишь на надземную часть пня и использующих неэнергоемкие деформации разрушения древесины.
Ключевые слова: лесовосстановление, вырубка, пень, лесохозяйственная техника, корчевание, экологосбе-регающие технологии удаления пней, понижение пней.
Conifers of the boreal area. 2019, Vol. XXXVII, No. 6, P. 448-454 FEATURES OF FORESTRY EQUIPMENT WORK IN FELLING D. Yu. Druchinin, E. V. Pozdnyakov
Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G. F. Morozov 8, Timiryazeva Str., Voronezh, 394087, Russian Federation E-mail: drachinin.denis@rambler.ru
The features of the implementation of reforestation at felling with the use of mechanization. It is noted that after timber harvesting, felling represents a territory with cutting residues, stumps and their roots on the surface or pressed into the soil. The quality offorestry machines work in the conditions offelling with the number of stumps up to 600 pes / ha and forest residues up to 5 m3 / ha is at a satisfactory level without grubbing of stumps. However, on the restored areas with a large number of stumps per hectare, the quality of work is sharply reduced, therefore, it is necessary to clean the felling from stumps and forest residues. According to modern regulatory requirements, stump removal is performed by all-over, broadband and narrowband grubbing. However, grubbing has several disadvantages of the technological and environmental plan. Successful growth of forest plantation is ensured due to more complete conservation of the upper horizons of the soil-plant environment. It is indicated that for the grubbing on felling, it is advisable to use machines with active working tools that act only on the aerial part of the stump and use non-energy-intensive deformation of wood destruction.
Keywords: reforestation, felling, stump, forestry equipment, grubbing, environmentally friendly technology of stumps extraction, stump drop.
ВВЕДЕНИЕ
С учетом постоянно возрастающих объемов лесозаготовок и масштабных лесных пожаров последних лет перед специализированными предприятиями лесного комплекса стоит задача проведения лесовосста-
новления на значительных площадях. Очевидно, что использование методов естественного лесовосстанов-ления без применения средств механизации лесовосстановительных работ на вырубках не сможет обеспечить выполнение требуемых объемов работ.
Хвойные бореальной зоны. XXXVII, № 6,2019
Возможность работы лесных машин и качество выполняемых лесокультурных работ на вырубках в значительной степени зависит от их состояния и складывающихся условий работы - захламленности, количества и высоты оставляемых пней, а также степени воздействия лесозаготовительных машин на почву [1; 2].
Однако при проведении лесозаготовительных работ часто не уделяется должного внимания обеспечению последующей доступности вырубок для лесо-культурной техники [3].
Вырубки зачастую представляют собой территорию, на которой после лесозаготовок остается до 40 % фитомассы в виде находящихся на поверхности или вдавленных в почву порубочных остатков, пней и их корней, оставшихся отдельных деревьев [1].
Кроме того, из-за большой высоты оставляемых пней и сильной захламленности на большей части восстанавливаемых площадей лесные почвообрабатывающие орудия не могут обеспечить высокое качество работ.
На вырубках с количеством пней 600... 800 шт./га, средней высотой - 25...30 см, наличием лесосечных отходов и валежника - 50...70 м3/га наиболее широко применяемый в лесном хозяйстве плуг ПКЛ-70 обеспечивает нормальную обработку почвы не более чем на 40 % протяженности борозды. Лесоводы отмечают, что работа плуга ГШП-135 в аналогичных условиях характеризуется качественным образованием пластов на 50...60 % их длины, а применение плугов ГШД-1,2 и ПЛМ-1,3 на обозначенных вырубках и вовсе не эффективно [1].
Сложности возникают и при последующих лесо-водственных уходах вследствие криволинейности рядков и разноразмерности междурядий из-за необходимости постоянного объезда встречаемых препятствий. Работа лесохозяйственных агрегатов в таких условиях крайне ограничена.
Поэтому технология лесовосстановления, в основном, заключается в расчистке восстанавливаемых площадей от порубочных остатков, валежника и пней. Удаление пней производят путем их корчевки -сплошной, широкополосной и чаще всего используемой узкополосной шириной 2,5...4 м. Вопрос о выбо-
ре способа раскорчевки часто решается с позиции возможностей вложения средств на начальном или на промежуточном этапе в процессе лесовыращивания. В первом случае основные затраты труда и средств приходятся на начальные этапы лесовосстановления, зато при выполнении последующих уходов за насаждениями они будут значительно меньше, чем в том случае, когда предусматривается частичная подготовка почвы [4-6].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
В РФ многие годы вырубки осваивают под лесные культуры путем их полосной расчистки, для чего применяют корчевальную машину КМ-1А, машину МРП-2А и орудие для расчистки вырубок ОРВ-1,5. Машины агрегатируются с тракторами класса 3. В необработанные межполосные кулисы шириной 2,5-3,0 м с расчищаемых полос сдвигают выкорчеванные пни и порубочные остатки.
На вырубках со средней высотой пней до 25 см при их количестве 800 шт./га и захламленности до 10 м3/га после узко-, средне- или широкополосной расчистки вырубок качественная обработка почвы лесными плугами ПКЛ-70, ГШД-1,2, ГШП-135, ГШ-1, орудием ОРМ-1,5 обеспечивается не менее чем на 80 % длины гона. При средней высоте пней до 20 см, их количестве 700...900 шт./га и отсутствующих лесосечных отходах плуг ПКЛ-70 за один проход обеспечивает качественную нарезку борозд или пластов на 73... 79 %, при двухкратном проходе - до 94 % (рис. 1) [1].
Опыт лесокультурного производства показывает, что полосная расчистка вырубок с корчевкой всех пней обеспечивает требуемое качество почвообработ-ки под лесные культуры используемыми марками лесных плугов до 90... 100 % расчищаемой полосы, однако дисковые орудия обеспечивают более качественную обработку почвы, чем лемешные [1].
При частичной обработке почвы следует стремиться к прямолинейности обрабатываемых полос, так как от этого зависит результативность последующего применения лесных орудий для дополнительной обработки почвы.
Рис. 1. Нарезка борозд на нераскорчеванных вырубках
По центрам расчищенных полос для последующей механизированной или ручной посадки проводят борозды с использованием плугов ПКЛ-70 и ГШ-1 или образуют микроповышения в виде свальных гребней плугами ГШМ-1,5 и ПДВ-1,7. Расстояние между рядами культур, густота их посадки, а значит, и время перевода искусственных насаждений в лесопокрытые площади зависит от количества пней на вырубке, их высоты и обработки почвы. С уменьшением высоты пней и их количества на единице площади на хорошо очищенных вырубках ширину междурядий целесообразно уменьшать, так как интенсивно развивающаяся в них поросль мягколиственных пород серьезно затрудняет последующее осветление лесных культур. Чем шире расчищаемая полоса, тем больший объем будут занимать валы из пней и порубочных остатков -потенциальных объектов пожарной опасности, развития вредителей и болезней леса.
Таким образом, можно отметить, что удаление пней на вырубках путем их корчевки позволяет повысить рабочие скорости лесохозяйственных агрегатов, добиться прямолинейности рядов создаваемых насаждений и снизить затраты на последующий уход за культурами. Однако корчевание пней имеет ряд как уже отмеченных негативных особенностей технологического характера, так и отрицательных экологических факторов - в результате корчевки на расчищенных полосах происходит минерализация поверхности почвы, а общий запас гумусового горизонта уменьшается в 2...4 раза. После удаления пней, заравнивания подпневых ям и проведения всех необходимых вспомогательных операций уровень почвы на расчищаемой полосе понижается на 10.. .20 см.
Энергоемкие корчевальные агрегаты дополнительно к лесозаготовительным машинам значительно уплотняют верхний почвенный слой. В то же время, кор-необитаемый слой почвы, обеспечивающий высокую приживаемость создаваемых лесных культур, должен иметь плотность в пределах 0,9-1,2 г/см3, пористость не ниже 15 %, так как при меньших значениях пористости нарушается нормальный воздухообмен в почве, возникают анаэробные условия, резко и надолго снижается естественное плодородие почвы [1; 2].
С учетом обозначенных недостатков корчевания в настоящее время ведется поиск и разработка более экологичных способов и технических средств удаления пней.
Установлено, что для успешного роста лесных культур необходимо как можно более полное сохранение верхних горизонтов почвенно-расти-тельной среды в пределах расчищаемых полос. Все большее применение при удалении пней находит использование активных рабочих органов, воздействующих лишь на надземную часть пня и использующих неэнергоемкие деформации разрушения древесины [7].
Эффективным и экологически безопасным является механическое измельчение пней специальными машинами - МПП-0,75, МДП-1,5, МУП-4 и др. [5].
Машина для понижения пней МПП-0,75 (рис. 2) предназначена для полосного удаления пней путем их фрезерования.
Рабочий процесс машины осуществляется при непрерывном движении агрегата. При этом режущие элементы, размещенные на горизонтальной оси вращения, работают как фреза, осуществляя процесс резания надземной части пня, превращая его в мелкую стружку. Пни диаметром до 75 см машина срезает за один проход, большего диаметра - за 2... 3 прохода.
Машина для дробления пней МДП-1,5 (рис. 3) предназначена для подготовки полос под посадку лесных культур с одновременным дроблением пней и обработки почвы на глубину до 25 см. Рабочий орган машины представляет собой барабан с закрепленными на его поверхности долотообразными ножами.
Вращающийся роторный рабочий орган при поступательном движении агрегата рыхлит почву, измельчает порубочные остатки и корни, при встрече с пнем скорость движения автоматически снижается, и долотообразные ножи, перемещаясь снизу вверх по дуге окружности, отрывают от пня пластины.
Обработка почвы дисковыми плугами ПДМ-1,7 и ПЛМ-1,5 на полосах, образованных машиной МДП-1,5, позволяет уменьшить плотность лесной почвы в верхнем 30-сантиметровом слое до 20 % при сохранении содержания в ней основных элементов корневого питания [1].
В то же время особую перспективу для использования представляет оборудование для измельчения надземной части пней методом фрезерования до уровня поверхности почвы. Образующаяся в процессе работы щепа может быть использована в качестве топлива или как органическая добавка к растительным грунтам. На вырубках с пониженными пнями ряды лесных культур достаточно прямолинейны.
К машинам данного типа относится машина для удаления пней МУП-4 (рис. 4), предназначенная для понижения пней различных древесных пород до уровня поверхности почвы фрезерованием их надземной части при подготовке вырубок под лесные культуры, устройстве волоков и дорог для вывозки заготовленной древесины. При использовании агрегата на лесовосстановительных работах надземную часть пней удаляют на полосах шириной 2,4...4 м в зависимости от принятой технологии.
Навесное оборудование машины состоит из рамы, смонтированной впереди трактора ТДГ-55А, поворотной стрелы <5, рабочего органа (фрезы) 1 в форме усеченного конуса с наклонной осью вращения, гидроцилиндров 8 для поворота фрезы в вертикальной и горизонтальной плоскостях, трансмиссии для привода фрезы, включающей раздаточную коробку 3, карданную 4, цепную и шарнирную 5 передачи, вал промежуточный 7 и редуктор фрезы 2.
В процессе работы агрегат движется по намеченной трассе и периодически останавливается перед пнями на расстоянии, равном вылету стрелы, после чего оператор включает привод рабочего органа и при помощи гидроцилиндра подводит вращающуюся фрезу к боковой стороне пня на высоте не более 5 см от поверхности почвы и производит его измельчение.
Недостатком машины является то, что фрезерование пней производится до уровня поверхности почвы или несколько выше (на 4... 7 см) из-за интенсивного
Хвойные бореальной зоны. XXXVII, № 6,2019
износа режущих элементов, возникающего при их контакте с почвой. Оставшаяся часть пней является ки наибольшее применение нашли орудия с дисковыми препятствием для работы всех агрегатов, работающих и барабанными рабочими органами, фрезерующие пень на лесовосстановлении.
В то же время, в странах Западной Европы и Амери-наиболынее применение нашли орудия с дисковым зарабанными рабочими органами, фрезерующие пен до уровня поверхности почвы или на глубину до 15 см.
Рис. 2. Машина для понижения пней МПП-0,75
Рис. 3. Машина для дробления пней МДП-1,5
Рис. 4. Машина для удаления пней МУП-4
Рис. 5. Дисковая фреза 8И100
Рис. 7. Дисковая фреза, агрегатируемая с манипуляторным энергетическим средством
Хвойные бореальной зоны. XXXVII, № 6,2019
Многие фирмы производят измельчители пней для городского зеленого строительства с рабочим органом в виде вертикальной дисковой фрезы, размещаемые на базе погрузчика или трактора. Рабочий орган представляет собой стальной диск диаметром до 0,9 м и толщиной до 18 мм, по периметру которого радиаль-но установлено 25...30 съемных резцов с твердосплавными пластинками. Диск размещен на валу, соединенном с механизмом привода (обычно гидравлическим), который обеспечивает резцам окружную скорость 50... 100 м/с [5; 8].
В качестве примера можно рассмотреть дисковую фрезу SF1100 (рис. 5), представляющую собой режущий диск диаметром 1100 мм, присоединяющийся к трехточечной навеске энергоносителя, с приводом от ВОМ трактора и ходоуменынителем. Орудие агре-гатируется с колесными и гусеничными тракторами с мощностью двигателя от 147 до 294 кВт [5].
В процессе фрезерования режущий диск совершает одновременно вращательное и поступательное движения. Подъем и опускание технологического оборудования производится за счет задней навески трактора.
Также можно отметить измельчитель (фрезеровщик) пней на базе погрузчика, представленный на рис. 6 [9].
Рабочий орган измельчителя - вертикальная дисковая фреза с 36 жестко закрепленными зубьями, расположенная под углом 90 градусов к направлению движения для увеличения обзора рабочей зоны оператора с целью повышения эффективности работы агрегата. Диаметр фрезы - 600 мм. Орудие может осуществлять фрезерование древесины пня на глубину до 25 см ниже поверхности почвы.
При работе оператор подводит вращающуюся фрезу к пню и производит ее медленную подачу, внедряя диск в верхнюю часть пня. При этом зубья снимают слой древесины пня, которая в виде равной измочаленной биомассы отбрасывается на несколько метров в направлении окружной скорости резцов. За счет вертикальной, поперечной и продольной подач обеспечивается послойное измельчение пней любых высоты и диаметра, что является достоинством данного рабочего органа.
Перспективное техническое решение рассматриваемого оборудования заключается в том, что дисковый рабочий орган располагается перпендикулярно оси симметрии погрузчика для удобства наведения орудия на пень и контроля совершаемого технологического процесса его измельчения.
Для повышения производительности в связи с отсутствием необходимости постоянного перемещения агрегата к каждому пню дисковые измельчающие устройства целесообразно размещать на базе манипу-ляторных энергетических средств (рис. 7). Модель орудия при этом подбирается с учетом параметров гидросистемы агрегатируемого энергетического средства. Использование в конструкции ротатора облегчает позиционирование устройства относительно понижаемого пня.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, при выборе технологии и способа заготовки древесины сразу же целесообразно учитывать технологические особенности проводимого впоследствии лесовосстановления с использованием средств механизации. Выполнение рубок должно обеспечивать оставление пней технологически приемлемой высоты и сохранением не менее 60 % лесной подстилки и плодородных почвенных горизонтов.
Выбор технологии проведения лесовосстанови-тельных работ необходимо производить с учетом доступности вырубок для лесохозяйственных машин и орудий на основе количества пней и степени захламленности. Использование современных лесных орудий для обработки почвы, посадки леса и последующего ухода за культурами на вырубках с количеством пней до 600 шт./га и порубочных остатков до 5 м3/га обеспечивает достаточное качество работы без корчевания пней. На восстанавливаемых площадях с большим количеством пней на одном гектаре для получения удовлетворительного качества работ уже необходима расчистка полос определенной ширины.
Экологосберегающая технология удаления пней на вырубках путем фрезерования их надземной части обеспечивает возможность применения и необходимую производительность лесохозяйственных машин. Данный способ в сравнении с корчеванием позволяет избежать образования подпневых ям и способствует максимальному сохранению плодородной почвенно-растительной среды.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Родин С. А. Эколого-ресурсосберегающие технологии лесовосстановления и моделирование выращивания культур ели на вырубках в зоне хвойно-широколиственных лесов : монография. М. : МГУЛ, 2002. 212 с.
2. Бартенев И. М. Экологизация процесса освоения вырубок под лесные культуры // Лесотехнический журнал. 2012. № 1 (5). С. 21-27.
3. Обыдёнников В. И. Лесоводетвенная оценка работы лесозаготовительных машин на лесосеках с подростом // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. 2010. № 6. С. 76-83.
4. Бартенев И. М., Драпалюк М. В., Казаков В. И. Совершенствование технологий и средств механизации лесовосстановления : монография. М. : ФЛИНТА : Наука, 2013. 208 с.
5. Поздняков Е. В. Методы освоения вырубок, технологии и машины для удаления пней на вырубках. Воронеж, 2013. 72 с. Деп. в ВИНИТИ 02.12.2013, № 340-В2013.
6. Калиниченко Н. П., Писаренко А. И., Смирнов Н. А. Лесовосстановление на вырубках. М. : Лесная пром-ть, 1973. 325 с.
7. Дручинин Д. Ю., Шовков М. В. Измельчение и последующее использование древесины пней как перспективный способ ресурсосбережения в лесном комплексе // Современная лесная наука: проблемы и перспективы : материалы Всерос. науч.-практ. конф. ; Воронеж, 2017. С. 305-310.
8. Конструкции и параметры машин для расчистки лесных площадей : монография / И. М. Бартенев, М. В. Драпалюк, П. И. Попиков и др. М. : Флинта : Наука, 2007. 208 с.
9. Пнедробилка - измельчитель пней [Электронный ресурс]. URL: http://www.peresadchik.com/ pnedrobilka_izmelchitel_pnei.html (дата обращения: 12.05.2019).
REFERENCES
1. Rodin S. A. Ekologo-resursosberegayushchiye tekhnologii lesovosstanovleniya i modelirovaniye vyrash-chivaniya kul'tur eli na vyrabkakh v zone khvoyno-shirokolistvennykh lesov : monografiya. Moskva, MGUL, 2002, 212 s.
2. Bartenev I. M. Ekologizatsiya protsessa osvoyeniya vyrabok pod lesnyye kul'tury // Lesotekhnicheskiy zhurnal. 2012, No. 1 (5), S. 21-27.
3. Obydënnikov V. I. Lesovodstvennaya otsenka raboty lesozagotovitel'nykh mashin na lesosekakh s podrostom // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa - Lesnoy vestnik. 2010, No. 6, S. 76-83.
4. Bartenev I. M., Drapalyuk M. V., Kazakov V. I. Sovershenstvovaniye tekhnologiy i sredstv mekhanizatsii
lesovosstanovleniya : monografiya. Moskva, FLINTA : Nauka, 2013, 208 s.
5. Pozdnyakov E. V. Metody osvoyeniya vyrabok, tekhnologii i mashiny dlya udaleniya pney na vyrabkakh. Voronezh, 2013, 72 s. Dep. v VINITI 02.12.2013, No. 340-V2013.
6. Kalinichenko N. P., Pisarenko A. I., Smirnov N. A. Lesovosstanovleniye na vyrabkakh. Moskva, Lesnaya prom-t', 1973, 325 s.
7. Drachinin D. Yu., Shovkov M. V. Izmel'cheniye i posleduyushcheye ispol'zovaniye drevesiny pney kak perspektivnyy sposob resursosberezheniya v lesnom komplekse // Sovremennaya lesnaya nauka: problemy i perspektivy : materialy Vseros. nauch.-prakt. konf. ; Voronezh, 2017, S. 305-310.
8. Konstruktsii i parametry mashin dlya raschistki lesnykh ploshchadey : monografiya /1. M. Bartenev, M. V. Drapalyuk, P. I. Popikov i dr. Moskva, Flinta : Nauka, 2007, 208 s.
9. Pnedrobilka - izmel'chitel' pney [Elektronnyy resurs]. URL: http://www.peresadchik.com/pnedrobilka _izmelchitel_pnei.html (data obrashcheniya: 12.05.2019).
О Дручинин Д. Ю., Поздняков Е. В., 2019
Поступила в редакцию 11.09.2019 Принята к печати 12.12.2019
