CC BY
19
УДК [630* 53 + 630* 377.42].001.24 Л.В. Коротяев
Коротяев Леонид Васильевич родился в 1916 г., окончил в 1941 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук. Имеет свыше 60 печатных работ в области исследования параметров деревьев и хлыстов как объектов лесозаготовок и технологических факторов повышения производительности трелевочных машин.
УТОЧНЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОБЪЕМА ПАЧКИ ДЕРЕВЬЕВ ПРИ ТРЕЛЕВКЕ
Установлены значения коэффициентов, учитывающих массу кроны в пачке трелюемых деревьев для ели, сосны и березы и отпад сучьев в процессе валки и формирования пачки и позволяющих правильно определить ее объем.
Ключевые слова: масса кроны, дерева, масса пачки и крон в ней, объем пачки.
В технической литературе и учебниках [6] констатировано, что масса кроны Мкр обычно составляет 0,13 ... 0,30 массы трелюемой пачки деревьев (рейсовой нагрузки на трелевочную машину М) без учета породы деревьев, их крупности и отпада сучьев с хвоей (листьями) в процессе валки деревьев и формирования пачки на лесосеке. К примеру, в пачке деревьев массой 6 т масса их кроны (без отпада сучьев) должна быть 0,8 или 1,8 т. Тогда объем древесины стволов в пачке (объем пачки) при плотности древесины 0,8 т/м3 будет отличаться более чем на 1 м3, или на 25 %. Остается неясным, какими должны быть коэффициент и масса кроны в пачке деревьев, чтобы определить ее объем. Целью настоящей статьи является решение этого вопроса.
Наши исследования показали [1, 2], что масса кроны деревьев зависит от их породы, таксационного диаметра й (на высоте 1,3 м от шейки корня) и разряда высот. Поэтому правильнее и точнее в расчете объема трелюемой пачки деревьев принимать массу кроны среднего дерева в пачке, на разрабатываемой делянке или лесосеке, основного разряда высот, преобладающей породы с учетом отпада элементов кроны в процессе валки деревьев и формирования пачки, и находить его через массу целого дерева.
Для практического использования в статье приведены сведения, выравненные по уравнениям связи значения массы кроны и массы целых деревьев основных лесопромышленных пород Севера - ели, сосны и березы по опытным данным автора.
В табл. 1 приведено распределение массы кроны деревьев этих пород по разрядам высот и 4-сантиметровым ступеням толщины й.
Поскольку среднее дерево на лесосеке, в пачке может иметь любой диаметр й и разряд высот, то массу его кроны можно определить путем интерполяции, пользуясь табл. 1 , а для ели среднего разряда высот,
Таблица 1
По- Разряд Масса кроны дерева Шщ,, кг, по ступеням толщины й, см
рода высот 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56
Е II III 10 28 19 41 41 50 70 106 160
IV 10 18 38 69 106 150 204
V 12 26 43 64 88 117 150
IV,2* 11 21 42 69 103 142 189
С V 56 70 84 98 113 127 141
VI 30 42 54 71 88 107 127 150 174 198 227
VIII 40 86 90
V,8* 20 30 43 56 67 82 96 110 125 143 160 178 197
Б IV 36 40 48 55 68
*Здесь и далее средний разряд высот по Архангельской области.
кроме того, по уравнениям связи ткр(й). Наилучшим образом эту связь, как показал метод наименьших квадратов [3], описывает уравнение кубической параболы
тКр(й)= 0,00033Ы 3 + 0,187й 2 - 0,4234й,
поскольку масса кроны ели до й = 36 см возрастает резко, а затем, с увеличением крупности деревьев, менее интенсивно. Однако достаточно точно связь ткр(й) для среднеразрядной ели при й < 32 cм (средний диаметр дерева в зоне северной тайги не превышает 32 см) выражают уравнением квадратной параболы
Шкр(й) = 0,2й 2 - 0,55й.
В табл. 2 приведено распределение массы целого дерева т (ствол и крона) по породам и крупности деревьев.
Таблица 2
По- Разряд Масса дерева ш, кг, по ступеням толщины деревьев, см
рода высот 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56
Е II III 36 28 98 77 192 176 285 310 482 689
IV 25 71 164 285 438 623 840
V 23 76 156 263 399 562 751
26 78 167 288 438 622 838
С V 168 284 428 601 803 1038 1294
VI 407 559 725 949 1168 1429 1702 2006 2335
335 437 634 822
154 258 390 548 733 945 1180 1428 1733 2049 2396
Б II III IV V ^,5* 102 120 289 238 187 230 190 302 279 373 408 485
Отношение массы кроны к массе дерева ткр/т или массы крон всех деревьев в пачке Мкр к ее массе М дает точное значение коэффициента ккр, учитывающего массу кроны в пачке. Значения ккр приведены в табл. 3.
Интерполируя значения ккр, можно выбрать нужное для местных условий лесоэксплуатации и ввести в расчет объема трелюемой пачки деревьев и производительности трелевочных машин. Масса кроны в пачке деревьев без учета отпада сучьев составит
МКр = ккМ, С1)
где М - масса пачки деревьев (определяется тяговыми расчетами), кг.
Для ельников Севера коэффициент ккр в зоне средних размеров дерева составляет 0,23 ... 0,24, для сосняков 0,11 ... 0,13, для березняков 0,15 ... 0,16. Значения ккр> 0,3 относятся только к маломерным деревьям (а? <16 см) и не представляют практического интереса для расчета объема пачки, так как средний диаметр экплуатационных древостоев выше.
По нашим данным [7], значительная часть сучьев сосны, ели и осины в процессе валки деревьев и сборе их в пачку на лесосеке обламывается и отпадает, особенно в зимнее время. Чем ниже температура окружающей среды, тем отпад больше. В табл. 4 приведен отпад сучьев с хвоей для ели и сосны в процентах от массы кроны дерева в зависимости от температуры воздуха I.
У березы отпад элементов кроны незначителен (1 ... 2 %), у осины, как и у сосны, существенен.
Долю отпада элементов кроны выражают в расчетах коэффициентом отпада ко = р/100 = 0, 01р.
Таблица 3
По- Разряд Значение коэффициента ккр по ступеням толщины деревьев, см
рода высот 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
Е II III 0,36 0,29 0,25 0,21 0,23 0,17 0,22 0,22 0,18
IV 0,40 0,25 0,23 0,24 0,24 0,24 0,24
V 0,45 0,34 0,28 0,24 0,22 0,21 0,20
IV,2* 0,42 0,27 0,23 0,24 0,23 0,23 0,23
С V 0,33 0,25 0,20 0,16 0,14 0,12 0,11
VI 0,13 0,13 0,12 0,11 0,11 0,11 0,10 0,10
VIII 0,12 0,13 0,11
V,8* 0,28 0,22 0,17 0,15 0,13 0,12 0,11 0,11 0,10 0,10
Б IV 0,35 0,21 0,16 0,15 0,14
Таблица 4
Порода Отпад элементов кроны р, %, при валке деревьев и сборе их в пачку при Г, °С
> 0 - 5 - 10 - 15 - 20 - 25 - 30
Е С 8 70 20 75 32 80 44 85 56 90 68 95 80 ~ 100
При трелевке еловых деревьев в летнее время ко = 0,08, сосновых ко = 0,70, березовых ко = 0. При трелевке зимой еловых деревьев к0 = 0,08 - 0.024/. сосновых к0 = 0,70 - 0,01/ (здесь t - отрицательная температура воздуха, °С), березовых к0= 0. С учетом к0 коэффициент ккр примет еще меньшее значение.
Без отпавших элементов кроны ее масса в пачке деревьев
МКр = (1 - ко) ккрМ.
Тогда объем стволовой древесины в пачке деревьев (объем пачки) V составит
у= (М-Мкр )/р,
У=[1-(1-к0)ккр]М/Р,
где р - плотность свежесрубленной древесины, кг/мд (принимается для среднего объема хлыста по данным [4]).
Для примера рассмотрим расчет объема пачки для Корниловского лесоучастка АО «Двинлес» Архангельской области, в котором преобладают ельники V разряда высот со средним диаметром дерева й = 20 см. Масса кроны такого дерева ткр = 64 кг (табл. 1), масса всего дерева т = 263 кг (табл. 2). Коэффициент ккр = тч)т = 0,24 (табл. 3), коэффициент отпада элементов кроны к0 = 0,08 летом и к0 = 0,80 зимой при морозе - 30 °С. При массе пачки (условно) М = 6000 кг масса кроны деревьев в ней без отпада сучьев по формуле (1) Мкр = 1440 кг, с учетом отпада летом 1320 кг, а зимой при / = - 30 °С Мкр = 288 кг. Тогда при плотности древесины р = 800 кг/м 3 [4] объем пачки составит: летом У= (6000 - 1320)/ 800 = 4680 / 800 = 5,85 м3, а зимой V = (6000 - 288)/ 800 = 5712/ 800 = 7,13 м3, более чем на 1,3 м3.
Изложенный материал убедительно свидетельствует о целесообразности применения данной методики для расчета объема трелюемой пачки деревьев и выработки трелевочных машин.
Если известна масса пачки М (из тяговых расчетов) и масса среднего дерева в ней или в лесосеке т с учетом отпада элементов кроны, то можно найти число деревьев в пачке п, а зная объем ствола среднего диаметра V; и плотность его древесины [4], определить объем пачки:
т = (1 -к0)ткр + Ус р , (2)
п = М/т , (3)
V = ^п. (4)
Объем V трелюемой пачки деревьев можно вычислить также, исходя из линейной зависимости массы кроны дерева от объема ствола. Опытные данные [4] этой функции представлены в табл. 5.
Зная массу пачки и принимая массу кроны для нужного (среднего) объема ствола из табл. 1, с учетом коэффициента ко находим массу дерева по формуле (2), а затем число деревьев в пачке по (3) и ее объем по (4).
Таблица 5
Порода Разряд высот Масса кроны Откр, кг, при объеме ствола, м3
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 3,0
Е IV 29 52 76 100 125 149 173 197 221 245
IV,2* 29 52 76 99 122 145 168 191 214 236
С VI 24 35 45 55 64 73 81 89 96 104 142 170 252
V,9* 36 49 59 66 74 81 88 95 102 109 145 181 252
Б IV 38 44 51 57 64 71 70 86 93 100
Предложенную методику расчета объема трелюемой пачки деревьев, по всей видимости, необходимо включить в учебники и учебные пособия по технологии лесосечных работ для средних и высших учебных заведений с тем, чтобы студенты - будущие техники и инженеры-лесотехнологи, а также экономисты могли правильно рассчитывать производительность трелевочных машин и решать вопросы нормирования трелевочных работ. Рекомендуется пользоваться этой методикой и инженерно-техническому составу лесозаготовительных предприятий.
В учебники по технологии и машинам лесосечных работ в порядке их обновления уместно вводить раздел «Объекты лесозаготовок» с математическим описанием природных характеристик деревьев и хлыстов, таких как размеры, центр тяжести, плотность, масса и моменты инерции ствола, кроны и дерева в целом, прогиб, жесткость и параметры собственных колебаний ствола, параметры сучьев и др. [3, 4], а в раздел по трелевке леса -технологические факторы повышения производительности трелевочных машин [5].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коротяев Л.В. Вес кроны еловых деревьев в лесонасаждениях Севера / Л.В. Ко-ротяев // Лесн. журн. - 1959. - № 5. - С. 91-97. - (Изв. высш. учеб. заведений).
2. Коротяев Л.В. Вес кроны деревьев основных промышленных пород Севера /Л.В. Коротяев, А.В. Ростовцев // Лесн. журн. - 1972. - № 5. - С. 56-60. - (Изв. высш. учеб. заведений).
3. Коротяев Л.В. Параметры деревьев и хлыстов как объектов лесозаготовительного производства: учеб. пособие /Л.В. Коротяев. - Л., 1982. - 80 с.
4. Коротяев Л.В. Природные характеристики деревьев и хлыстов: справочные материалы /Л.В. Коротяев. - Архангельск: ИПП «Правда Севера», 1998. - 100 с.
5. Коротяев Л.В. Технологические факторы повышения производительности трелевочных машин /Л.В. Коротяев. - Архангельск: ИПП «Правда Севера», 1998. -113 с.
6. Кочегаров В.Г. Технология и машины лесосечных работ: учеб. для вузов / В.Г. Кочегаров, Ю.А. Бит, В.Н. Меньшиков. - М.: Лесн. пром-сть, 1990. - 392 с.
7. Ростовцев А.В. Отпад элементов кроны деревьев при валке и формировании трелевочного воза в зависимости от температуры воздуха / А.В. Ростовцев, Л.В. Коротяев // Лесн. журн . - 1973. - № 1. - С. 57-59. - (Изв. высш. учеб. заведений)
г. Архангельск Поступила 31.01.03
L. V. Korotyaev
Revised Procedure for Estimating Tree Bundle Volume at Skidding
The coefficient values are set taking into account tree tops mass in skidded tree bundles for spruce, pine and birch and branch fall-off in the process of felling and bundle forming, also allowing to determine its volume.
