CC BY
0
УДК 631.311; 631.316.44
Хвойные бореальной зоны. XLI, № 5, 2023 DOI: 10.53374/1993-0135-2023-5-431-439 Хвойные бореальной зоны. 2023. Т. XLI, № 5. С. 431-439
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ ПОЧВЫ ОТВАЛЬНОЙ ВСПАШКОЙ ПРИ ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИИ
С. Н. Долматов, П. Г. Колесников
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: pipinaskus@mail.ru
Россия обладает значительными запасами лесов. В процессе их промышленного освоения возникает необходимость проведения лесовосстановительных работ. Необходимые объемы работ весьма значительны и достигают величин до 1 млн га в год. Основополагающим критерием, определяющим темпы и качество лесовосста-новления, является качество и технология подготовки почвы. Традиционно в нашей стране эти вопросы решались способом отвальной вспашки. На сегодняшний момент времени эти технологии серьезно устарели и не позволяют существенно повысить производительности работ из-за высокой энергоемкости процесса.
В исследовании проведено определение затрат мощности при минерализации почвы путем отвальной вспашки плугом ПКЛ-70 в условиях «чистой» почвы, а также при движении по лесосеке, где встречаются помехи в виде корней, кустарника, мелких деревьев. Установлено, что тракторы МТЗ-82, ТЛТ-100 обеспечивают обработку «чистой» почвы во всем диапазоне скоростей движения. Трактор ТЛТ-100 при движении с плугом ПКЛ-70 в условиях лесосеки с одновременным срезанием кустарника и мелколесья, позволяет обеспечить обработку со скоростью движения до 0,5 м/с. При этом производительность обработки составляет до 2 га в смену. Трактор МТЗ-82 в таких же условиях может работать только на 1 передаче КПП с производительностью не более 1,5 га в смену. Для обеспечения роста сменной выработки до показателей 3,5-4 га в смену необходима мощность тягового средства не менее 95-110 кВт. Тракторы МТЗ-82, ТЛТ-100 не могут обеспечить весомый рост производительности на осуществлении работ по минерализации почвы, поскольку имеют мощность двигателя меньшую, чем требуемая. Выходом из сложившейся ситуации может стать переход от технологии отвальной вспашки к фрезерованию или полосовой обработки.
Ключевые слова: лесовосстановление, лесной плуг, трактор, мощность, производительность.
Conifers of the boreal area. 2023, Vol. XLI, No. 5, P. 431-439
IMPROVEMENT OF THE TECHNOLOGY OF SOIL PREPARATION BY SLOW POWING DURING FOREST REFORESTATION
S. N. Dolmatov, P. G. Kolesnikov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: pipinaskus@mail.ru
Russia has significant forest reserves. In the process of their industrial development, there is a need for reforestation. The required volume of work is very significant and reaches up to 1 million hectares per year. The fundamental criterion that determines the pace and quality of reforestation is the quality and technology of soil preparation. Traditionally in our country, these issues were resolved by the method of moldboard plowing. To date, these technologies are seriously outdated and do not allow a significant increase in work productivity due to the high energy intensity of the process.
In the study, the power consumption was determined during soil mineralization by moldboard plowing with a PKL-70 plow in conditions of "clean " soil, as well as when driving through a cutting area, where there are interferences in the form of roots, shrubs, and small trees. It has been established that the tractors MTZ-82, TLT-100 ensure the processing of "clean" soil in the entire range of speeds. The TLT-100 tractor, when moving with a PKL-70 plow in a cutting area with simultaneous cutting of shrubs and small forests, allows processing at a speed of up to 0.5 m/s. At the same time, the processing capacity is up to 2 hectares per shift. The MTZ-82 tractor under the same conditions can only work in 1 gear of the gearbox with a productivity of not more than 1.5 hectares per shift. To ensure the growth of shift production up to 3.5-4 ha per shift, the power of the traction means is not less than 95-110 kW. Tractors MTZ-82, TLT-100 cannot provide a significant increase in productivity in the implementation of soil mineralization, since they have an engine power that is less than required. The way out of this situation may be the transition from the technology of mouldboardplowing to milling or strip processing.
Keywords: reforestation, forest plow, tractor, power, productivity.
ВВЕДЕНИЕ
По данным Стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации для всестороннего развития лесного комплекса страны требуется коренной пересмотр объема и технологий лесовосстановления. Каждый год площадь лесных массивов России сокращается в результате сплошных рубок на 1,1 млн га. Кроме того, в лесных пожарах гибнет не менее 0,2 млн га, т. е. суммарные потери площади лесных земель не менее 1,3 млн га. При этом ежегодные объемы лесо-восстановления на сегодня стабилизировались на уровне 800-900 тыс. гектаров. Результаты контрольных мероприятий показывают, что площади выбытия лесного фонда превышают площади лесовосстановления [1; 2]. Соотношение выбытия лесных площадей и площадей лесовосстановления за период 2015-2020 год составляет 74 %.
Из-за несоблюдения агротехники выращивания созданных лесных культур отмечается их высокая гибель в период до перевода в покрытую лесом площадь. Потребность созданных лесных культур в агротехнических уходах удовлетворяется только наполовину. Преобладающим способом лесовосстановления является содействие естественному восстановлению. Искусственно создаваемые лесные насаждения требуют агротехнических уходов. При этом потребность в агротехнических уходах удовлетворяется только на 60%. Из-за несоблюдения агротехники выращивания созданных лесных культур отмечается их гибель в период до перевода в покрытую лесом площадь [2].
Проекты по восстановлению лесов становятся все более распространенными не только в России, но и во всем мире. Как правило, лесовосстановление реализуется путем посадки саженцев хозяйственно-ценных пород деревьев. Высокая конкуренция со стороны травянистой растительности, засуха или наоборот чрезмерное увлажнение могут снижать результативность лесовосстановления, поэтому применение технологий подготовки почвы с применением различной техники является перспективным инструментом, повышающим результативность работ по лесовосста-новлению. Традиционные технологии вспашки и рыхления получили широкое распространение еще с 1970-х догов прошлого века, попытки применения гербицидов для выборочного угнетения определенных видов растений не получило распространения. Из-за негативных экологических последствий, возникающих после операций, вызванных обработкой гербицидами на больших площадях, методы химической обработки не получили признания. Использование химических препаратов в России и за ее пределами для обработки лесных массивов в целях содействия лесовосстановлению носит очаговый характер, системы сертификации не поощряют их использование, и поэтому настоящее время основой технологии является механическая обработка почвы. Недостаточная обработка почвы - это одна из тех значительных проблем, причиной которых является отчасти отсутствие подходящей техники и отчасти недостаточное финансирование. Поэтому работы в области совершенствования технологии подготовки почвы для лесовосста-новления актуальны.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Преобладающая часть лесов России произрастает на подверженных сильному задернению почвах, где мероприятия по лесовосстановлению не приносят успеха без эффективной подготовки [3]. Установлено, что борьба с травянистыми сорняками на ранней стадии укоренения, имеет решающее значение для ускорения роста сеянцев хозяйственно ценных пород [4]. Подготовительная обработка участков лесовосста-новления путем минерализации почвы, создания микроповышений изменяет влажностно-температурный режим почвы. Основная задача такой подготовки -либо удаление избытка воды, либо экономия существующих водных запасов, снижение расхода за счет уничтожения или угнетения конкурирующей травянистой растительности [5].
Конкурирующие технологии механической обработки почвы в процессе подготовки к лесовосстанов-лению, можно классифицировать по наличию привода рабочего органа. Технологии, для которых характерно использование не приводного рабочего органа, когда процесс минерализации осуществляется за счет тягового усилия трактора. По этому принципу работают скарификаторы, катки и плуги.
Скарификация почвы включает удаление поверхностных органических слоев (гумус, трава и/или растительность) для обнажения и разрыхлить минеральную почву. Эта обработка создает плоскую минерализованную поверхность. Скарификация чаще используется на участках, смежных с лесными массивами. Когда достаточным условием лесовосстановления считается минерализация почвы для успешного обсеменения деревьями, смежными с территорией вырубки. Скарификация достаточно эффективна в случае работы на территориях, не имеющих сплошного слоя лесосечных отходов и низкокачественной древесины [6]. Измельчение ребристыми катками заключается в протягивании по лесосеке одного или двух цилиндрических металлических барабанов, обычно заполненных водой тягачом (обычно скиддером или бульдозером). Двигаясь по грунту, каток давит и измельчает нежелательную растительность, кустарники и перемалывает отходы лесозаготовок. Это необходимо для облегчения доступа семян к минеральному горизонту и для снижения вегетативной конкуренции. Однако измельчение часто не дает приемлемых результатов, поскольку примятая и срезанная растительность быстро прорастает.
Обработка плугами предусматривает формирование минерализованной полосы путем отвальной вспашки, чаще всего клиновидным двухотвальным плугом (рис. 1).
При прокладывании минерализованной полосы, создаются непрерывные или прерывистые борозды или траншеи. Во время этой обработки органический слой и некоторые нижележащие минеральные вещества удаляются и откладываются в бермы рядом с получившейся траншеей, предлагая значительную минерализованную зону, пригодную для посадки семян, сеянцев или саженцев. Слои находятся в грубо перемешанном состоянии на нетронутой лесной подстилке рядом с минерализованной полосой.
Таблица 1
Показатели эффективности обработки почвы
Показатель Bracke Badger (3 мотыги колеса шаг 1,0 м) Дисковая машина Bracke TTS Delta (приводной) Дисковая машина Bracke ТТС-35 Дисковая машина Donaren 18О Плуг Heppner
Число посадочных места всего на 1 га, шт. 1560 1295 1725 18ОО 1270
В том числе в минеральном слое/ гумусном 1190/370 970/325 1585/140 126О/9О 170/150
% борозд с минерализацией 30 32 32 28 19
% борозд, непригодных (камни или вода) 15 0 0 41 4
Испорчено посадочных мест, % 32 26 20 25 29
Площадка засыпана отходами, % 26,9 8,9 1,7 7 10,1
Площадка засыпана камнями, % 8,4 0 1,2 28 3,2
Менее 10 см слой минерализации, % 0 0 0,4 О 0
Мощность, кВт/тип тягача 136/ скиддер 123/ скиддер 107/ скиддер 17О/ скиддер 160/бульдозер
Рис. 1. Трактор МТЗ-82 с плугом ПКЛ-70 (опахивание границ лесосеки мин-полосой)
Дисковые траншеекопатели имеют пассивный или принудительный привод фрез и используют вращающиеся диски, чтобы произвести две расположенные параллельно борозды. Фрезы, в процессе своей работы, смешивают почву и гумус в субстанцию, обеспечивающую быстрый рост и развитие посадочного материала, в то же время, создавая микрорельеф, необходимый для успешного укоренения рассады. Установлено, что форма, размеры дискового рыхлителя оказывает существенное влияние на тяговое сопротивление. Например, с тракторами тягового класса 14 кН можно успешно применять не только однодисковый активный рыхлитель, но и пассивный двухдисковый вариант при легких почвенных условия. Инструменты с дисковыми рабочими органами снижают время подготовки почвы, делают возможным работы на неподготовленных площадках с местными неровностями [7].
В исследовании [8; 9] были проанализированы результаты проведения работ по лесовосстановлению в Онтарио Канада. Исследовались следующие орудия подготовки площадки: отвальный плуг Heppner, три варианта фрезерных машин (Bracke TTS Delta, Bracke
TTS-35, Donaren 180), колесно-мотыжная система Bracke Badger.
В работе [10] установлено, что подготовка почвы в виде борозд клиновидного типа позволяет получить более устойчивую картину лесовосстановления, по сравнению с прочими технологиями подготовки почвы.
Таким образом, исследования в области приоритетности обработки вспашкой или фрезерованием дают далеко не однозначный вариант. При несколько более высоком качестве подготовки минерализованной полосы фрезерованием, по сравнению с технологией вспашки, агрегаты с фрезерным рабочим органом весьма дорогостоящи, имеют сложную конструкцию. Общей проблемой при формировании минерализованных полос плугами и фрезами является время, необходимое для того, чтобы сформированная борозда закрылась и перестала выделяться. Может пройти длительное время для выравнивания борозд значительного сечения. При этом, существует риск, как переувлажнения дна борозды, так и риск эрозии и выветривания.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
Цель работы: Совершенствование технологии подготовки почвы при лесовосстановлении при обосновании энергоемкости процесса.
Задачи:
1. Определить необходимую мощность тягового средства при работе на лесосеке по технологии отвальной вспашкой лесными плугами.
2. Оценить тяговые возможности серийных лесных тракторов в плане обеспечения повышения производительности обработки лесной почвы при лесо-восстановлении.
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 [11].
Это в целом соответствует показателям более современных машин дискового типа (табл. 1 [9]), для которых величина протяженности непрерывной минерализованной борозды составляет 28-32 %. Для качественного проведения лесовосстановительных работ желательна раскорчевка предполагаемой территории. Корчевка пней - это чрезвычайно длительный, энергоемкий и дорогостоящий процесс, поэтому при малейшей возможности избежать ее, лесозаготовители непременно прибегают к этой практике. В Сибири, где лесосеки имеют сравнительно небольшое число пней на 1 га площади, как правило, корчевка не производится. Технология очистки заключается в уборке валежника, крупных порубочных остатков. В этих условиях можно с успехом применять простые по конструкции и доступные лесные плуги.
В настоящее время в России самое широкое распространение получили лесные плуги ПКЛ-70 (рис. 2). Лесной двухотвальный плуг состоит из рамы, лемехов, отвалов. Детали соединены при помощи сварки и болтовых соединений. В целом это простая, надежная и ремонтопригодная конструкция.
При положительных качествах перечисленных орудий, они имеют и ряд серьезных недостатков. Применение отвальной вспашки, принятой по аналогии с технологиями вспашки в сельском хозяйстве, не учитывает фактор наличия корней, небольших пней, порубочных остатков, взаимодействовать с которыми плугу приходится в процессе обработки почвы. При этом существенно возрастает необходимая мощность тягового средства, а при ее лимитировании неизбежно снижается скорость обработки. Конечным итогом является снижение производительности и рост затрат топлива на обработку единицы площади. Конструкция отвальных плугов серии ПКЛ-70 была разработана в 1960-х годах. В тот период вопросы снижения энергоёмкости процесса, уменьшения расхода топлива не имели решающего значения. На первое место была поставлена возможность серийного крупномас-
Таблица 2
Основные параметры орудия
Наименование параметра Значение
Масса плуга, кг 500
Габаритные размеры, мм 2200/1770/1650
Ширина захвата, м 1,2
Глубина борозды, м до 0,6.0,8
Угол между лемехом и горизонтальной плоскостью, град. 0°
Угол заострения лемеха, град. 30°
Угол установки лемеха в вертикальной плоскости, град. 40
Диаметр перерезаемых корней и деревьев, м до 0,1
Скорость обработки, Ул, м/с 0,26 - 1 передача КПП
Приведенная сила сцепления, с0, Н/м2 15000
Площадь поперечного сечения расчищаемой трассы, S, м2 0,5-0,85
Удельный вес, уе, Н/м3 6000
Высота призмы волочения (кавальера), Нк, м 0,6
Угол наклона откоса кавальера к горизонту, ак, град 40°
Коэффициент разрыхления, 0,8
Коэффициент внешнего трения /с 0,6
Угол внешнего трения, фс 31°
Коэффициент внутреннего трения, /я 0,1
Угол внутреннего трения, фе 9°
штабного производства таких плугов с учетом скромных возможностей существующего станочного парка и квалификации как производителей, так и эксплуа-тантов оборудования.
Рис. 2. Плуг ПКЛ-70
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Проведем расчет действующих усилий при работе классического клинового плуга, типа ПКЛ-70, применяемого на расчистке лесосек при лесосозобновлении. Двухотвальный лесной плуг ПКЛ-70 предназначен для подготовки почвы бороздами на нераскорчеванных вырубках под посев или посадку лесных культур, а также для прокладки противопожарных полос. Агре-гатируется с тракторами: ЛХТ-55, МТЗ-80/82, ДТ-75, ЛХТ-100. Параметры агрегата приведены в табл. 2.
Расчёт усилий, действующих на рабочие органы (отвалы) плуга производится для определения реакций, действующих на плуг при расчистке лесопосадочной борозды от древесной растительности, расчётов тягового усилия, необходимого для выполнения технологического процесса расчистки. Двухотваль-ный лесной плуг и векторы действующих сил изображены на рис. 3.
Рис. 3. Схема работы двухотвального плуга ПКЛ-70
Поскольку основные силовые элементы симметричны относительно продольно-вертикальной плоскости агрегата, составляющие реакций, перпендикулярные оси борозды взаимно уравновешиваются, и при рассмотрении суммарных реакций, действующих на плуг, можно считать, что они расположены в плоскости движения. Горизонтальная Ясумм составляющие суммарной реакции (кН) определится согласно формуле
Ясумм = )2 + )2 ,
в =-
cos
2•cosф
sin фг • sin al + tgфc х
- sin2 у sin21 • (l + cos2 a¡) tg2 ( + фс + фя) 0,
B2 =
cos фг
{sin alu •cos f0,5( +Ф я )]}
B3 = -
ctgl
(2sinal • cosy)'
B4 = 2c°s^{cos[0,5(v|/lu +Фя )]}
х(cosVl - Ш • sinVl •sin^),
(6)
(7)
(1)
где Rx и Rz - горизонтальная и вертикальная составляющие реакции на нижнюю часть рабочего органа, Н.
Составляющие реакции Rx и Rz, Н, определяются по следующим выражениям:
Rxi = с• S • Bi • B2 + yg • S • hk • Bi • B3, (2)
Rzi = Со • S • B2 • B4 + yg • S • hk • B3 • B4, (3) 2•cosф
(4)
(5)
где c0 - приведенная сила сцепления, Н/м2; с0 = 15000 Н/м2; S - площадь поперечного сечения расчищаемой трассы, м2; yg - удельный вес, Н/м3; yg = 6000 Н/м3; hk - высота призмы волочения (кавальера), м; Hk, bd -глубина и ширина расчищаемой трассы, м; ak - угол наклона откоса кавальера к горизонту, град, ak = 40°; fp - коэффициент разрыхления, 0,8; фс, фg - соответственно углы внешнего и внутреннего трения; фс = arctgcf, фg = arctgfg; f = 0,6, fg = 0,1; Vl и ai - углы резания и захвата лемеха (30° и 40° соответственно); 4 - угол между относительной траекторией движения по лемеху и его лезвием, 4 = al; alu, vlu - соответственно углы установки идеального клина, град.
В1, В2, В3, В4 - коэффициенты перехода от реального к идеальному клину
Viu = arccosx F + cos p' ^cos2 p' + cos2 • cos2 (p + фс) - F
x I cos2 p'+ cos2 ф1 )1, (8)
cos (alu - al ) = = (cos фс - cos Vl cos Vlu ) • (sinVl • sinVlu )-1
F = [cos фс - sin (в + фс )• sinvl sinP']^ cosv|/l: p = arctg (tgVl • sin 4),
P' = arctg •( • cos-1 Vl),
Угол наклона (град) равнодействующей R, акции:
= arctg
'IR ^
x1
Z R
(9) (10) (11) (12)
сумм Ре-
(13)
Вертикальная координата, м точки О' приложения реакции hz = (0,4...0,5) Нк. Подставив численные значения в приведённые выше формулы, определим сопротивление движению плуга
F = fcos9° -sin (20° +9°) • sin30° -sin41° ] • cos30° = 0,72,
Vlu = arccos х 0,72 + cos 41° х <^/cos2 41° + cos2 30° • cos2 (20° +9°) - 0,722
c(cos2 41° + cos2 30°)-1 = 37°
B =
2 • cos9°
cos [О,5 (45° +31° ) 2•cos 9°
sin30° • sin 41° + tg9°
B2 =
1 - sin2 3О° • sin2 4О° x (l + cos2 3О°) tg2 (3О° +9° +31°) 0,5
_cos 31°_
{ш4О° • cos [О,5 •( + 31° )
ctg40°
= О,13,
= 1,67,
B3 =
■ = 1,О7,
R.,
= \l69382 + 3О642 = 7584H « 7,6кH.
Ftk = 2 • Rxl • sin a,
(14)
Ftyg Fv • ftr
(16)
Fyg = (5ОО• 9,81 + 3О64)• О,5 = 3984,5 = 3,98 кК
Затраты мощности на обработку почвы при принятой скорости движения V¿, определятся по формуле
Ndv =
(F' + Gm • fk)V
кВт,
Пх
(17)
(2sin 40° • cos 30° ) B4 = 2cos31° •{cos[0,5(30° + 31°)]}-1 x x (cos 30° - tg31° • sin 30° • sin 40°) = 0,37, P = arctg (tg30° • sin 40°) = 20°, P' = arctg • (tg40° • cos-1 30°) = 41°.
Вертикальная координата, м точки О' приложения реакции hz = (0,4.. .0,5) Hk.
Rx1 = 15000 • 2 • 0,13 -1,67 + + 6000• 0,85• 0,6• 0,13-1,07 = 6938 Н,
Rz1 = 15000 • 2-1,67 • 0,37 + +6000• 0,85• 0,6-1,07• 0,37 = 3064 Н,
где F'- суммарное тяговое сопротивление клина; F' = Ftyg + Fk, кН; Gm - сила веса трактора, кН, для МТЗ-82 41 кН; цх - коэффициент полезного действия механизмов ходовой части, = 0,8; V - скорость движения, м/с; f - коэффициент сопротивления качению колес.
Подставив численные значения, определим затраты мощности на передвижение агрегата
Для скорости 2,5 км/ч = 0,7 м/с (первая передача КПП МТЗ-82)
(3,98 + 8,9 + 41 • 0,2 )• 0,7
Ndv 1 передача = --0"80--= ^ ^
Аналогично проведем расчет для 2,3 передачи КПП.
Территория лесосек после вырубки представляют собой местность, 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 [11]. Поэтому, при работе трактора с плугом на формировании лесопосадочных полос на лесосеках в процессе лесовосстановления, будут иметь место случаи упора лемехом и перерезание мелких деревьев, кустарника, корней. В этом случае сопротивление плуга R, кН определится по выражению:
Rg = Go •
Для расчётов агрегата с плугом определим его тяговое сопротивление Ftк и вертикальную составляющую Fvк сил, действующих на металлоконструкцию. Искомое нейдем по формулам
где а - угол отклонения силы сопротивления от продольной оси, град. а = 40°.
Fvк _ 2 • (15) Ftk _ 2 • 6938 • 0,6428 = 8908Н _ 8,9 кН,
Fvk _ 2 • 3064 = 6128Н = 6,1 кН.
Тяговое сопротивление плуга Flyg слагается из сил сопротивления и трения о грунт. Из массы плуга 500 кг и вертикальной составляющей сил резания 21,3 кН определится по выражению
'((ftr + sinа) + m • n • (nd2 /4) • kp, (18)
где G0 - сила веса плуга, Н; f - коэффициент трения; а - уклон местности, град; m - коэффициент, учитывающий срезание нескольких корней или пней, m = 0,7; n - число одновременно срезаемых деревьев, n = 2; d - диаметр срезаемых деревьев и корней, м., принимаем d = 0,05 м; кр - предел прочности древесины при перерезании, кр = 15 МПа.
Подставив численные значения, получим:
Rg = 500 • 9,81-(0,5 + sin15° ) +
+О,7 • 2
( 3,14 • О,О52 Л
15 -1О6 = 44934 H = 44,9 кК
При подготовке лесополосы в условиях мелколесья диаметром до 5 см составят:
_ (3,98 + 8,9 + 41 • 0,2 + 44,9)-0,7 _
1 передача _ 0~80 _ 58 ^^
Аналогично проведем расчет для 2,3 передачи КПП. Данные расчетов приведены в табл. 3.
Как видно из расчетов, трактор МТЗ-82 (мощность двигателя 61 кВт), обеспечивает возможность работы с плугом ПКЛ-70 во всем диапазоне технологических скоростей обработки почвы вспашкой при работе
по почве, не имеющей инородных включений. При работе на лесосеках с мелкими деревьями, корнями и кустарником при мощности двигателя Ые = 61 кВт работа агрегата возможна только на первой передаче. При этом, загрузка двигателя составит до 95 % что будет сопровождаться высоким расходом топлива, снижением ресурса, риском аварийных режимов. Практически трактор МТЗ-82 малопригоден для работы с плугом ПКЛ-70 в условиях лесосек и наличия кустарника, мелких пней, деревьев, корней.
Транспортно-технологические отделения лесничеств имеют в своем распоряжении помимо колесных, гусеничные тракторы. Чаще всего это машины серии ТТД-55, ТЛТ-100. Эти гусеничные тракторы широко используются в качестве тягового средства для проведения подготовки лесных минерализованных полос отвальной вспашкой плугами ПКЛ-70. Расчетные по-
казатели необходимых затрат мощности для диапазонов скоростей соответствующих определённым передачам КПП показаны в табл. 4.
Из данных расчета видно, что гусеничный трактор ТЛТ-100 мощностью 90 кВт позволяет вести подготовку почвы плугом ПКЛ-70 в условиях лесосеки со скоростью движения до 2-3,2 км/ч, что соответствует 1 и 2 передаче КПП. Движение на 2 передаче сопровождается загрузкой двигателя до 98 % что будет также сопровождаться высоким расходом топлива, снижением ресурса, риском аварийных режимов. Однако в целом машина вполне пригодна для подготовки минерализованных лесопосадочных полос в условиях лесосек [12].
На рис. 4 показан график изменения затрат мощности двигателя (кВт) трактора и производительности (гектар) на подготовки лесных полос под лесопосадку в зависимости от скорости движения машины.
Таблица 3
Затраты мощности при обработке колесным трактором МТЗ-82
Передача КПП Скорость движения, км/ч Затраты мощности, кВт
Почва свободная от корней и деревьев Корни и мелкие деревья до 5 см
1 2,5 18,3 58
2 4,26 31 98
3 7,24 53 165
Таблица 4 Затраты мощности при обработке гусеничным трактором ТЛТ-100
Передача КПП Скорость движения, км/ч Затраты мощности, кВт
Почва свободная от корней и деревьев Корни и мелкие деревья до 5 см
1 2 25 56
2 3,2 39 88
3 4,1 51 114
4 6,4 79 177
3.1
30
2.1
2.0
■л с.
1.5
10
4.5
0.0
- - —
„ „ у
- - - / г
■ ^фн*
- - -
_,
- Г У
—.о.—■ ^ ж г_ ж П 8 1г - * .
'■'-■"ж?
V
■Ж
г 120.0
100.0
- 30..0
г-
40.0
20.0
0;0
Площадь обработки, га е смену
-Требуемая мощность МГЗ-32. кВт. лесосека
-Требуемая мощность МТЗ-32, кВт.чистая
К Требуемаямощность ТЛТ-100. кВт. лесосека
Ж Требуемаямощность ТЛТ-100, кВт. чистая лочЕа
Ш Установленная
мощность ДВС. трактор ТЛТ-100, кВт
—I- Установленная
мощность, трактор МТЗ-82, кВт
ОД 0,2 0,3 0.4 0.5 0,6 0.7 0.3 0.9 1 Скорость движения. м/с
Рис. 4. Зависимость мощности и производительности от скорости обработки
Из графика на рис. 4 видно, что для обеспечения значения сменной производительности на подготовке лесосек к лесовосстановлению отвальной вспашкой 3,5-4 га, что соответствует показателям лесных культиваторов, например фирмы Bracke Forest, необходима скорость движения машины не менее 1,2-1,3 м/с (или 3,6-4,6 км/ч). При работе с плугом типа ПКЛ-70 затраты мощности при таких условиях составят 95110 кВт. Действительно, для работы с высокопроизводительными лесными почвообрабатывающими навесными устройствами привлекаются тяговые средства в виде скиддеров, форвардеров, бульдозеров мощностью до 170 кВт. Имеющиеся в массовых количествах в лесничествах РФ тракторы МТЗ-82, ТЛТ-100 не обеспечивают тяговых усилий, требуемых для высокоскоростной и производительной подготовки почвы на лесосеках.
Основная причина высоких показателей требуемой мощности при двухотвальной вспашке плугами ПКЛ-70 обусловлены значительным размером формируемой борозды. Однако при реализации технологии лесовозобновления нет практической необходимости формирования минерализованной борозды сечением до 1,5 м2 Опыт применения машин Bracke Forest, особенно так называемых «маундеров» (серия М24 - М46), которые используются для создания гумусовых насыпей с минеральным почвенным покровом, свидетельствует о том, что без ущерба можно снизить площадь минерализации до величины 0,3-0,5 м2 на один саженец. При снижении площади минерализуемого грунта, затраты мощности пропорционально будут уменьшаться, возрастет скорость работ или число одновременно формируемых посадочных лунок. Помимо работ по лесовосстановлению плуг ПКЛ-70 широко применяется при создании противопожарных минерализованных полос при опашке лесосек, очагов пожаров. В этом случае наоборот полезно иметь максимальное сечение минерализованной борозды, т. е. ПКЛ-70 - это в определенной степени универсальное решение. Но как часто бывает, универсальные решения уступают специализированным.
ВЫВОДЫ
1. Леса России подвергаются интенсивному освоению, при этом возникает необходимость в проведении работ по лесовосстановлению. Объемы лесных земель, требующих лесовосстановления, составляет не менее 1 млн га в год. Технологии подготовки почвы, ее минерализация - необходимый и важный этап этих работ. При обработке почвы отвальной вспашкой лесными плугами ПКЛ-70 затраты мощности прямо пропорционально зависят от планируемой скорости движения тягового средства. Для обеспечения существенного роста производительности труда при реализации традиционной отвальной вспашки в процессе минерализации лесного грунта требуется скорость тяговых средств до 1-1,3 м/с и мощность не менее 95-110 кВт.
2. Широко используемые органами лесного хозяйства тракторы МТЗ-82, ТЛТ-100 при их агрегатировании с двухотвальными плугами ПКЛ-70, не обеспечивают повышения выработки в процессе вспашки на
территории лесосеки из-за недостаточных величин тяговых усилий и мощности двигателей на принятой скорости обработки. Это объясняется значительными величинами площади обработки грунта и протяженности борозд. Для повышения эффективности работ требуется либо увеличение мощности тяговых средств, либо снижение энергоемкости процесса обработки. Снижение затрат мощности возможно при переходе от технологий отвальной вспашки к фрезерованию или к полосовой обработке с существенным уменьшением площади обрабатываемой полосы или с переходом к технологии «очаговой» подготовки почвы в виде создания микроповышений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Бюллетень Счетной палаты Российской Федерации // Воспроизводство лесов № 1 (290) 2022. М. : Счетная палата РФ, 2022. 143 с.
2. Распоряжение Правительства Российской Федерации № 312-р от 11.02.2021 г. «Стратегия развития лесного комплекса Российской Федерации до 2030 года» [Электронный ресурс] URL: http://www. consultant.ru/document/cons_doc_LAW_377162/ (дата обращения: 10.04.2023).
3. Лейнонен Тимо. Лесовосстановление на Северо-Западе России и сравнение с Финляндией [Текст] : комментарии финских специалистов / Тимо Лейно-нен, Маркку Туртиайнен, Ари Сиеккинен. Йоэнсуу : Научно-исслед. ин-т леса Финляндии, 2009. 38 с.
4. Ramsey, C. L., Jose, S., Brecke, B.J., Merritt, S., 2003. "Growth response of longleaf pine (Pinus palustris Mill.) seedlings to fertilization and herbaceous weed control in an old field in southern USA." Forest Ecology and Management: 172, 281.
5. Spittlehouse, D.L.; Childs, S.W. 1990. Evaluating the seedling moisture environment after site preparation. Рp. 80-94 in S. P. Gessel, D. S. Lacate, G. F. Weetman, and R. F. Powers, eds. Sustained productivity of forest soils. Proceedings of the 7th North American Soils Conference. Faculty of Forestry, University of British Columbia, Vancouver, BC. 525 p.
6. Removing the Wellsite Footprint: Recommended Practices for Construction and Reclamation of Wellsites on Upland Forests in Boreal Alberta, Osko & Glasgow, 2010.
7. Долматов С. Н., Сухенко Н. В. Влияние параметров рабочего органа дискового рыхлителя на технологический процесс нарезки борозд при лесовос-становлении // Хвойные бореальной зоны. 2022. Т. 40, № 6. С. 529-537. DOI 10.53374/1993-0135-20226-529-537. EDN SZPLJF.
8. Hamzei J., Seyyedi M. (2016): Energy use and input-output costs for sunflower production in sole and intercropping with soybean under different tillage systems. Soil and Tillage Research, 157: 73-82.
9. Sutherland B. J. and Foreman F. F. 1995. Guide to the Use of Mechanical Site Preparation Equipment in Northwestern Ontario, MNR/NRCan/CFS-1995.
10. Forest Soil Conservation and Rehabilitation in British Columbia - Opportunities, Challenges, and Techniques. British Columbia, Forest Science Program. 2002 www.for.gov.bc.ca/hfd/pubs/docs/bro/bro70.pdf.
11. Дручинин Д. Ю., Поздняков Е. В. Особенности работы лесохозяйственной техники на вырубках // Хвойные бореальной зоны. 2019. Т. 37, № 6. С. 448454. EDN DMOUSX.
12. Мартынов Б. Г., Дурманов М. Я., Михайлов О. А. Оценка затрат мощности лесохозяйственного машинно-тракторного агрегата в пахотном режиме // Леса России: политика, промышленность, наука, образование : материалы третьей междунар. науч.-техн. конф., Санкт-Петербург, 23-24 мая 2018 года / под ред.
B. М. Гедьо. Т. 2. СПб. : Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им.
C. М. Кирова, 2018. С. 191-195. EDN YHQSTS.
REFERENCES
1. Byulleten' Schetnoy palaty Rossiyskoy Federatsii // Vosproizvodstvo lesov № 1 (290) 2022. M. : Schetnaya palata RF, 2022. 143 s.
2. Rasporyazheniye Pravitel'stva Rossiyskoy Federatsii № 312-r ot 11.02.2021 g. «Strategiya razvitiya lesnogo kompleksa Rossiyskoy Federatsii do 2030 goda» [Elektronnyy resurs] URL: http://www.consultant.ru/ document/cons_doc_LAW_377162/ (data obrashcheniya: 10.04.2023).
3. Leynonen Timo. Lesovosstanovleniye na Severo-Zapade Rossii i sravneniye s Finlyandiyey [Tekst] : kommentarii finskikh spetsialistov / Timo Leynonen, Markku Turtiaynen, Ari Siyekkinen. Yoensuu : Nauchno-issled. in-t lesa Finlyandii, 2009. 38 s.
4. Ramsey, C. L., Jose, S., Brecke, B. J., Merritt, S., 2003. "Growth response of longleaf pine (Pinus palustris Mill.) seedlings to fertilization and herbaceous weed control in an old field in southern USA." Forest Ecology and Management: 172, 281.
5. Spittlehouse, D.L.; Childs, S.W. 1990. Evaluating the seedling moisture environment after site preparation. Rp. 80-94 in S. P. Gessel, D. S. Lacate, G. F. Weetman, and R. F. Powers, eds. Sustained productivity of forest soils. Proceedings of the 7th North American Soils
Conference. Faculty of Forestry, University of British Columbia, Vancouver, BC. 525 p.
6. Removing the Wellsite Footprint: Recommended Practices for Construction and Reclamation of Wellsites on Upland Forests in Boreal Alberta, Osko & Glasgow, 2010.
7. Dolmatov S. N., Sukhenko N. V. Vliyaniye parametrov rabochego organa diskovogo rykhlitelya na tekhnologicheskiy protsess narezki borozd pri lesovos-stanovlenii // Khvoynyye boreal'noy zony. 2022. T. 40, № 6. S. 529-537. DOI 10.53374/1993-0135-2022-6-529537. EDN SZPLJF.
8. Hamzei J., Seyyedi M. (2016): Energy use and input-output costs for sunflower production in sole and intercropping with soybean under different tillage systems. Soil and Tillage Research, 157: 73-82.
9. Sutherland B. J. and Foreman F. F. 1995. Guide to the Use of Mechanical Site Preparation Equipment in Northwestern Ontario, MNR/NRCan/CFS-1995.
10. Forest Soil Conservation and Rehabilitation in British Columbia - Opportunities, Challenges, and Techniques. British Columbia, Forest Science Program. 2002 www.for.gov.bc.ca/hfd/pubs/docs/bro/bro70.pdf.
11. Druchinin D. Yu., Pozdnyakov Ye. V. Osobennosti raboty lesokhozyaystvennoy tekhniki na vyrubkakh // Khvoynyye boreal'noy zony. 2019. T. 37, № 6. S. 448-454. EDN DMOUSX.
12. Martynov B. G., Durmanov M. Ya., Mikhaylov O. A. Otsenka zatrat moshchnosti lesokhozyaystvennogo mashinno-traktornogo agregata v pakhotnom rezhime // Lesa Rossii: politika, promyshlennost', nauka, obrazovaniye : materialy tret'yey mezhdunar. nauch.-tekhn. konf., Sankt-Peterburg, 23-24 maya 2018 goda / pod red. V. M. Ged'o. T. 2. Sankt-Peterburg : Sankt-Peterburgskiy gosudarstvennyy lesotekhnicheskiy universitet im. S. M. Kirova, 2018. S. 191-195. EDN YHQSTS.
© Долматов С. Н., Колесников П. Г., 2023
Поступила в редакцию 30.04.2023 Принята к печати 02.10.2023
