CC BY
119
УДК 630*37; 630*83
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ КОМПЛЕКСА МАШИН ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
SYSTEM ANALYSIS OF WORK COMPLEX MACHINES TIMBER PRODUCTION
Иванов В.А., Степанищева М.В., Кепеть И.И. (ФГБОУВПО «БрГУ», г.Братск, РФ) Ivanov V.A., Stepanisheva M.V., Kepet I.I. (The Bratsk state university, Bratsk)
Рассмотрены вопросы развития лесозаготовительного производства, комплексы машин и механизмов выполняющие технологические операции по производству лесоматериалов на лесосеке.
The problems of forestry production systems and machinery performingmanufacturing operations for the production of timber on the cutting area.
Ключевые слова: харвестер, форвардер, система машин, экология
Keywords: harvesters, forwarders, machine system, ecology
В современных экономических условиях развитие лесозаготовительного производства должно основываться на применении наиболее энергосберегающих технологий и высокой производительностью, формируемых как комплексы машин и оборудования, выполняющих последовательные технологические операции.
Актуальным является решение задачи выбора комплексов машин с минимальным уровнем дисперсии времени производства лесоматериалов и времени затраты энергии на их производство из множества вариантов систем машин разработки лесосеки, как наиболее энергосберегающих и производительных.
Комплекс машин и механизмов, последовательно выполняющих технологические операции производства лесоматериалов на лесосеке, представляет собой единую самоорганизованную систему, основным показателем связанности и согласованности работы которой является время производства единицы продукции и время затраты единицы энергии. Первое время определяет эффективную производительность системы, а второе ее мощность, а их соотношение удельные характеристики.
С позиции теории систем её свойства проявляются не в результате прямого суммирования свойств составляющих её элементов, а в результате их взаимосвязанности и взаимозависимости. Поэтому для систем важным становится принцип их внутренней синхронизации.
Согласованные комплексы машин и механизмов лесозаготовительного производства можно просчитать путем теоретических и экспериментальных исследований на основании теорий: принятия оптимальных решений, теории оптимального эксперимента, теории систем, теории вероятностей и математической статистики.
При проектировании технологического процесса лесосечных работ необходима информация о состоянии лесного фонда соответствующего региона, где в основном хвойные породы преобладают над лиственными.
Площади, занимаемые насаждениями различных возрастных групп, в процессе постоянных вырубок, заметно менялись на протяжении последних десятилетий.
Структура лесов Иркутской области характеризуется тем, что наряду с ценными с экологической и технической точки зрения хвойными породами и березой, пользующимися устойчивым спросом в сферах традиционного применения деловой древесины, также много низкокачественной и практически не находящей сбыта древесины осины и ольхи, доля которых составляет в среднем 10% всего лесного фонда, а в некоторых районах области достигает 30% и более.
Лесозаготовительная техника оказывает большое влияние на лесные экосистемы и процессы лесовосстановления, которые во многом зависят от сохранения подроста и тонкомера. Актуальным является уменьшение физических нарушений почвы лесозаготовительной техникой, т.к. комплекс негативных факторов, таких как уплотнение почвы, уменьшение её пористости, водопроницаемости, влияет на процесс лесовосстановления.
Для реализации процесса естественного лесовосстановления необходим правильный подбор лесозаготовительной техники по следующим параметрам: массе машин, ширине шин, удельному давлению.
Исследование влияния лесозаготовительных машин на процесс естественного лесовозобновления показывает, что трелевочные трактора повреждают подрост в большей степени, чем форвардеры. Повреждаемость подроста снижается, если оснащать трелевочные трактора широкопрофильными шинами.
К числу основных технологических операций, выполняемых на лесосеке, относятся валка деревьев, трелевка, обрезка сучьев, раскряжевка, измельчение порубочных остатков и погрузка. Технологический процесс может быть составлен из различных сочетаний этих операций и выполняться достаточно большим множеством механизмов и машин, которые характеризуются своей производительностью, энергетическими затратами и временной стоимостью работы.
Можно представить множество сочетаний вариантов основных операций выполнения технологического процесса заготовки сортиментов механизмами и машинами непосредственно на лесосеке, что отражает наличие многообразия технологических факторов, последовательности выполнения операций, применяемых систем машин и механизмов и технологического оборудования.
Технологии производства лесоматериалов на базе валочно-пакетирующих машин при сплошных рубках обеспечивают достаточно высокое сохранение подроста за счет работы манипулятора вокруг машины.
Технология производства сортиментов на базе валочно-трелевочных машин применяется при сплошных рубках с лесовосстановлением.
Комплексы на базе бензиномоторных пил и форвардеров, применимы для всех сплошных рубок, обеспечивая узкопасечную технологию производства сортиментов: валка, обрезка сучьев и раскряжевка производится бензиномо-торной пилой, трелевка сортиментов производится форвардером.
Производство сортиментов на лесосеке на базе харвестора и форвардера предполагает узкопасечную технологию для всех сплошных рубок.
Работа согласованных комплексов машин и механизмов лесозаготовительного производства стала эффективной при появлении многофункциональных машин - харвестеров и форвардеров. Эти две многофункциональные машины на сегодняшний день могут заменить целый комплекс лесозаготовительных машин: валочные, трелевочные, сучкорезные, раскряжевочные и погрузочные машины. Причем если учитывать, что все вышеперечисленные машины выпускаются в основном на гусеничном ходу, что не благоприятно влияет на почвенный покров и окружающую среду, тогда как харвестеры и форвардеры выпускаются как колесные, так и гусеничные с уширенной гусеничной лентой. Такие машины маневренней и легче, чем отечественные валочно-пакетирующие и ва-лочно-трелевочные машины.
Одним из главных преимуществ харвестеров являются автоматизированные функции, которые часто позволяют системе оптимизировать раскрой ствола с учётом цены сортимента и его оптимальных параметров. Режимы автоматизации процесса разделки ствола позволяют в автоматическом режиме протягивать дерево и производить раскряжёвку по заданным параметрам: диаметр и длина. Автоматические функции головки, такие как настройка давления сучкорезных ножей и возврат харвестерной головки, повышают продуктивность работы и не отвлекают оператора от процесса выбора места для валки следующего дерева.
Различие технологий лесозаготовок по виду получаемой продукции (дерево, хлыст, сортимент) требует применения техники для доставки древесины из лесосеки: при хлыстовом методе — лесозаготовительные тракторы для трелевки деревьев или хлыстов в полупогруженном положении и лесотранспортные машины для транспортировки сортиментов в полностью погруженном положении - форвардеры. Основные функции лесотранспортной машины (форварде-ра): сбор, погрузка и транспортировка древесины (сортиментов) по волокам, усам и лесовозным дорогам к местам складирования при сплошных и санитарных рубках.
Согласованные комплексы машин и механизмов основаны на первичной заготовке и транспортировке древесины. Для этого применяются машины различных систем, предназначенные для конкретного метода заготовки древесины (хлыстовой или сортиментный) с решением проблемы, где оставлять порубочные остатки: на лесосеке или на нижнем складе (например, по пожарным соображениям). Кроме того, в случае выборочных рубок и рубок ухода трелевка древесины может оказаться не лучшим выбором, т. к. в этом случае трелюемые деревья могут повредить стволы и корни оставшихся деревьев и подроста. При транспортировке древесины транспортной машиной (форвардером) операцию валки деревьев можно вести более гибко. Это позволяет уменьшить повреждения ствола и кроны дерева.
На основании всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1. На рынке лесозаготовительной техники имеется достаточно большое количество машин и механизмов, различной производительности и мощности, по-
зволяющих формировать различные варианты технологии производства сортиментов на лесосеке.
2. Система машин и механизмов производства круглого леса на лесосеке является динамической самоорганизующейся системой последовательного выполнения необходимых технологических операций, характеризующихся суммарными временами производства единицы продукции и затраты при этом единицы энергии.
3. При соблюдении принципа синхронизации комплекса машин по времени производства единицы продукции каждой из машин, производительность системы можно повысить до 6-7%.
При выборе оптимальных параметров оборудования и машин в целом нужно опираться прежде всего на производительность техники, которая оправдывала бы затраты на ее приобретение. Однако не стоит пренебрегать и показателями экологических требований, которые обусловлены выбросами, повреждением почвенного покрова и оставлением порубочных остатков и горючесмазочных материалов, воздействия которых на лес должно быть минимальными.
Список использованных источников
1. Анисимов Г.М., Семенов М.Ф. Способ снижения энергоемкости процесса модульным лесопромышленным трактором // Интенсификация лесозаготовительных и лесохозяйст-венных производств: Межвуз. сб. научн. тр.- Л.: ЛТА, 1989. -С.8-12.
2. Григорьев И.В., Валяженков В.Д. Современные машины и технологические процессы лесосечных работ.-СПб.: СПбГЛТА, 2009.-287 с..
3. Заготовка сортиментов на лесосеке / Жуков А.В. и др. - М.: Экология, 1993.- 312 с.
4. Коломинова М.В. Повышение эффективности производства круглых пиломатериалов путем обоснования технологии с минимальной энергоемкостью: Автореф. дис. к-та техн.наук. - СПб: ЛТА, 2001.- 20 с.
