Производственная проверка комплексного освоения участков лесного фонда с использованием лесозаготовительных машин на пересадке подроста

ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ УЧАСТКОВ ЛЕСНОГО ФОНДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН НА ПЕРЕСАДКЕ ПОДРОСТА

Ю.А. ШИРНИН, профессор кафедры «ТОЛП» МарГТУ, д.т.н.,

А.В. ЛАЗАРЕВ, доцент кафедры «ТОЛП» МарГТУ, к.т.н.,

К.П. РУКОМОЙНИКОВ,аспирант,

Е.М. ОНУЧИН, аспирант

В процессе разработки лесосек даже при тщательном соблюдении технологии повреждается значительная часть подроста. Полностью уничтожается новое поколение на погрузочных площадках и волоках. Считается, что естественно возобновившиеся леса более устойчивы к вредителям и болезням, более долговечны. Однако естественное возобновление не всегда обеспечивается, иногда растягивается на длительный период и нередко происходит со сменой пород. В этих условиях рекомендуется способ механизированной пересадки молодого поколения древостоя в места, лишенные подроста главной породы, для увеличения полноты и улучшения породного состава насаждений. Целесообразна выкопка подроста в местах, где он может быть поврежден при рубке, с последующей высадкой на разработанной площади. Пересадка подроста из-под полога леса требует меньших затрат труда и средств, а естественное лесовозобновление подавляет развитие травяного покрова, способствует сохранению лесной среды. В этом случае вводится только главная порода, а в качестве сопутствующих и кустарников используется имеющееся естественное лесовозобновление. По данным В.А.Вагина [1] оптимальная густота деревьев в естественных еловых насаждениях 1 бонитета в возрасте 80-100 лет составляет 460...600 деревьев на 1 га. Проводя 50 % выборку древостоя в дальнейшем для лесовосстановления потребуется 250... 3 00 штук жизнеспособного подроста в возрасте до 15 лет. По сравнению с традиционным лесовосстановлением культурами из питомника

требуется в 10-15 раз меньше посадочного материала, исключаются энергоемкие и трудоемкие операции по подготовке почвы и агротехнические уходы. Задача лесовода правильно определить оптимальное соотношение способов лесовосстановления, основываясь на лесорастительных и экономических условиях, и, в результате, при минимальных затратах обеспечить выращивание лесов лучшего качества.

В настоящее время на кафедре ТОЛП МарГТУ разработано несколько устройств, позволяющих осуществлять пересадку подроста из-под полога леса машинным способом. Подобные устройства для выкопки и посадки подроста (рис.1) могут навешиваться на манипулятор машины и использоваться в технологическом процессе лесовосстановительных работ.

а б

Рис. 1. Типы вырезающих органов

Индивидуальную выкопку подроста и ямок для его посадки можно осуществлять устройствами для выкопки с гидроприводом и передаточным механизмом зубчатого (рис.1, а) и рычажного (рис.1, б) типов.

Для выполнения вышеперечисленных задач было изготовлено экспериментальное устройство. Данная конструкция была испытана на экскаваторе ЭО-2621 и доказала свою работоспособность [3].

При проведении работ, связанных с машинной пересадкой подроста, возможны различные варианты систем машин, предусматривающие проведение на территории как лесозаготовительных, так и лесовосстановительных работ.

При выборе машин для пересадки подроста необходимо учитывать, что лесовосстановительные работы носят сезонный характер и лесовосстановительное оборудование простаивает в течение длительного периода. При использовании оборудования для малообъемных лесозаготовок, эффективно применение одной и той же техники для проведения как лесосечных, так и лесовосстановительных работ. Для выполнения лесовосстановительных работ могут быть задействованы либо только лесосечные машины, с навешиваемым на манипулятор оборудованием для выкопки и посадки подроста, либо для выполнения части работ по пересадке подроста возможно использование дополнительного специализированного оборудования. Появляется возможность максимально использовать имеющуюся на предприятии технику, сократить расходы на перебазировки.

Данный способ может сократить затраты на приобретение специализированных агрегатов и лесовосстановление, т.к. отсутствует необходимость предварительного выращивания посадочного материала.

Производственные испытания комплексного освоения участков лесного фонда

с использованием лесозаготовительных машин на пересадке подроста ели машинным способом были осуществлены в 26 и 27 кварталах Нолькинского лесничества Учебно - опытного лесхоза МарГТУ. Полные характеристики выделов, в которых проводился эксперимент, представлены в табл. 1.

Целью эксперимента являлась проверка возможности использования лесозаготовительной техники на лесовосстановительных работах, в частности, на выкопке, транспортировке и пересадке подроста машинным способом. В ходе эксперимента планировалось определить фактическую производительность при комплексном освоении участков лесного фонда, оценить область применения данного способа лесовозобновления с использованием лесозаготовительной техники.

Испытание технологии проходило при помощи форвадера Уа1ше1 862, на кониках которого был установлен кузов, а вместо грейфера на манипулятор было навешено специально изготовленное выкапывающее устройство. При проектировании и изготовлении выкапывающего устройства было заранее предусмотрено соответствие присоединительных размеров выкапывающего устройства и манипулятора, благодаря чему замена грейферного захвата на выкапывающее устройство потребовала минимальных затрат труда и времени. Определенные трудности, возникшие из-за несоответствия стандартов на соединительные узлы рукавов высокого давления гидросистемы форвадера и гидроцилиндра выкапывающего устройства, были ликвидированы при помощи применения специальных переходников.

Таблица 1

Таксационные характеристики выделов

№ квар- тала Породный состав Пло- щадь, га Хо- зяйст- во Воз- раст, лет Бо- нитет Пол- нота Средний объем хлыста, м3 Запас на га, (м3) Подрост, шт/га

26 6Б2Лп10с1Е 11 Б 70 I 0,9 0,71 210 700

27 8БЮс1Лп+Б 13,8 Б 70 I 0,9 0,47 310 —

Привод гидроцилиндра выкапывающего устройства осуществлялся от гидросистемы форвадера, а управление гидроцилиндром выкапывающего устройства обеспечивалось секцией распределителя, предназначенной для управления челюстями грейферного захвата, при этом выводы гидросистемы для привода ротатора были заблокированы. Для перевозки подроста, в целях избежания полного или частичного повреждения глыбки подроста при отсутствии специальных контейнеров, установленный на кониках форвадера кузов был заполнен опилками на глубину 30 см. В кузове при помощи этого же выкапывающего устройства были сделаны ячейки по форме и размерам равные глыбкам почвы.

Рис. 2. Фрагмент эксперимента

При проведении эксперимента был использован вариант ведения работ в лесу, при котором разрабатывались две расположенные рядом лесосеки, на одной из которых отсутствовал подрост хозяйственно

ценных пород. Все лесозаготовительные и лесовосстановительные работы осуществлялись одной лесозаготовительной бригадой. На первом этапе осуществлялась разработка лесосеки, находящейся на территории 27 квартала, на которой отсутствовал подрост хозяйственно ценных пород. На территории лесосеки проводилась выборочная проходная рубка. Затем выполнялась выкопка и пересадка подроста с лесосеки, расположенной на территории 26 квартала, с тех мест, где подрост был бы поврежден при будущей рубке. При этом отсутствовала необходимость в оставлении подроста на временное хранение.

При проведении лесосечных работ после валки деревьев под углом 5-20° к волоку на ленте одной из пасек вальщик переходил на другую, а в первой выполнялась обрезка сучьев и раскряжевка хлыстов на сортименты длиной 6,5 м. Трелевка осуществлялась форвадером Уа1ше1 862, который с помощью манипулятора переносил сортименты с лент, укладывая их в погруженное положение на коники. Ширина пасеки составляла 15 м. Сортименты собирались и укладывались на коник манипулятором форвадера.

При проведении лесовосстановительных работ на манипулятор форвадера, находящегося в распоряжении лесхоза, навешивалось разработанное на кафедре ТОЛП МарГТУ приспособление для пересадки подроста. Форвадер, перемещаясь по существующим волокам, расположенным на территории 26 квартала, назначаемого в рубку, навешенным на манипулятор выкапывающим устройством выкапывал еловый подрост в тех местах, где тот мог быть поврежден при будущей рубке, и укладывал его в кузов. После заполнения кузова форвадер переезжал в 27 квартал на участок, где была проведена рубка и, двигаясь по прорубленным волокам, высаживал подрост из кузова на тех площадях, где его количество было недостаточно для успешного естественного лесовозобновления ели. Посадка происходила следующим образом: форвадер выкапывающим устройством подготавливал ямку

под посадку подроста, брал деревце из кузова и укладывал его в ямку. После посадки всего подроста из кузова форвадер возвращался в 26 квартал на позицию выкопки, и цикл работ повторялся. В процессе промышленных испытаний пересаживался подрост различного возраста.

Эксперимент проводился в следующей последовательности:

1. После проведения подготовительных работ на лесосеке путем сплошного перечета определялось количество жизнеспособного подроста на лесосеке, т.е. подроста, у которого протяженность кроны по стволу составляет 61-80%, а отношение длины кроны и ее ширины 0,8-1 (крона остроконусовидная).

2. При осуществлении лесосечных работ проводились фотохронометраж-ные наблюдения за работой форвадера. При этом осуществлялась фиксация:

2.1. Времени на холостой ход машины.

2.2. Времени на захват сортимента.

2.3. Времени перемещения между рабочими позициями сбора пачки сортиментов.

2.4. Времени трелевки сортиментов к погрузочному пункту.

2.5. Времени на разгрузку пачки.

3. На манипулятор форвадера навешивалось устройство для пересадки подроста. При этом фиксировались следующие элементы времени цикла:

3.1. Время на замену технологического оборудования.

3.2. Время на загрузку кузова.

4. В ходе визуального осмотра определялись куртины подроста, в которых подрост может быть поврежден при рубке. Определялось количество подроста, нуждающегося в пересадке, т.е. подроста, размеры которого соответствуют параметрам устройства для пересадки и у которого существует вероятность повреждения стволика и корневой системы при валке и трелевке в ходе лесозаготовительных работ. Высота пе-

ресаживаемого подроста не должна была превышать одного метра.

5. Машина, двигаясь по пасечному волоку, осуществляла выкопку нуждающегося в пересадке подроста, складирование его в кузов, установленный на кониках форвадера, и посадку его на участке, где была проведена рубка. Время цикла заготовки единицы продукции разделялось на элементы, соответствующие продолжительности отдельных операций. При этом в ходе фото-хронометражных наблюдений фиксировались следующие элементы времени цикла:

5.1. Время наведения устройства на пересаживаемый подрост.

5.2. Время на выкопку подроста.

5.3. Время на укладку подроста в

кузов.

5.4. Время перемещения между

рабочими позициями.

5.5. Время на транспортировку

подроста.

5.6. Время на выкопку ямки под

посадку.

5.7. Время на посадку подроста.

5.8. Время переезда с места посад-

ки к месту выкопки подроста.

Элементы времени измерялись одновременно с фиксацией параметров предмета труда (высота подроста, ширина кроны, количество транспортируемого за 1 рейс подроста) и расстояний перемещения машины в процессе наполнения кузова и транспортировки пересаживаемого подроста.

Для замера времени и расстояний использовались соответственно секундомер, часы и двухметровая палка.

В процессе промышленных испытаний было пересажено 50 единиц подроста различного возраста. Обработка результатов наблюдений проводилась при помощи стандартного пакета программ СТАТИСТИКА.

В результате проведения фотохроно-метражных наблюдений за работой форвадера были получены выборки продолжительностей каждой операции, выполняемой машиной на каждой из рассматриваемых лесосек.

фонда

Условные обозначения: 1 - лесосека на территории квартала №27; 2- лесосека на территории квартала № 26; 3 - форвадер УаЬпй 862; 4 - сортименты; 5 - волок, оставшийся после предыдущей рубки; 6 - подрост; 7 - подрост, нуждающийся в пересадке

На основе анализа основных статистических данных был сделан вывод о возможности использования форвадера на всех операциях технологического процесса лесовосстановительных работ, связанных с пересадкой подроста машинным способом. Сочетание операций, выполняемых машиной, может быть различно в зависимости от технических характеристик машин и условий работы. Эффективность данной технологии существенным образом зависит от объема лесозаготовительных и лесовосстановительных работ, расстояния транспортировки заготовленного подроста и технических характеристик применяемой для этих целей техники.

Машина перемещалась по волоку, оставшемуся после предыдущей рубки, без осуществления дополнительных работ по его расчистке. В результате того, что кузов, в отличие от предыдущих экспериментов, при которых он заполнялся глинистыми грунтами, был заполнен опилками, была снижена масса транспортируемого груза. Использование опилок в качестве заполнителя кузова для предотвращения разрушения глыбки при транспортировке подроста позволило снизить время, затрачиваемое на его загрузку, улучшить видимость глыбки подроста при взятии его из кузова. Было отмечено, что часть опилок из кузова при посадке переносится вместе с глыбкой подроста в почву, что способствует разрыхлению почвы и лучшему проникновению в нее воды и воздуха. В результате снижения массы перемещаемого в кузове груза появляется возможность создания кузова съемной конструкции, который по окончанию лесовосстановительных или лесосечных работ может быть соответственно снят или установлен на кониках машины с помощью манипулятора. Повреждаемости стволика, корневой системы и ветвей пересаживаемого подроста в процессе эксперимента при выкопке и захвате из ячеек тележки не наблюдалось.

Часовая действительная производительность форвадера при производственных испытаниях составила: на лесосечных работах - 27 м3, на пересадке подроста - 32 шт. Для определения сменной производительности

машины на лесосечных и лесовосстановительных работах были использованы формулы:

•шср =27-8-0,8 = 173м3;

П

где т - число часов работы в смену; <р -коэффициент использования времени смены.

Количество подроста, нуждающегося в пересадке с лесосеки, расположенной на территории 26 квартала, определенной в ходе визуального осмотра составило 200 шт/га. Исходя из этого, среднее количество подроста, нуждающегося в пересадке на территории осваиваемого участка лесного фонда, будет равно:

200 • 6’26 200-13,8

= 111'

'26 ' ‘-’27 13,8 + 11

где ^26, 5г7 - соответственно площади лесосек на территории 26 и 27 кварталов.

Площадь, разрабатываемая машиной на различных видах работ в течение одной смены, рассчитана по формулами:

П

П

КС

Я,

п

п

кв

> пер

173 ’ 65 205 111

: 2,7

= 2

вырубаемый запас м'Уга. Трудозатраты на освоение одного гектара лесной площади при комплексном освоении участков лесного фонда равны:

1 1

П™

А1ЛС

4- •

п

\в

- = 0,87^ <“/)

1

~ 2,7 2

где Тлс, Тш - соответственно трудозатраты на лесосечных и лесовосстановительных работах.

Средняя производительность машины, задействованной на лесосечных и лесовосстановительных работах, полученная в результате обработки экспериментальных данных, равна:

1

П

га

ЛС+ЛЯ

1

т +т

1 кс ~1 кв

0,5 + 0,37

1,2

В результате можно сделать вывод, что при внедрении данной технологии и использовании форвадера на лесосечных и лесовосстановительных работах комплексного освоения участков лесного фонда без приобретения специализированных агрегатов для лесовосстановления при данных параметрах лесосек и условиях работы предприятие в течение года сможет провести работы на площади:

5 = П;яс+Лл-^=1>2-251 = 301,2га,

где Ор - число дней работы в течение года.

В результате эксперимента созданы благоприятные условия возобновления целевой древесной породы на вырубленной

площади за счет сохранения и использования подроста, который был бы поврежден при будущей рубке.

Литература

1. Вагин В.А. Моделирование роста еловых древо-стоев и проектирование проходных рубок: Диссертация ... канд. с/х наук.- М., 1993.

2. Гаджиев Г.М. Обоснование параметров устройства для выкопки посадочного материала с прикорневой глыбкой: Диссертация ... канд. техн. наук: 05.21.01 / Науч. рук. Ю.А. Ширнин. -Йошкар-Ола, 1999,- 161 с.

3. Лазарев A.B. Обоснование технологии и комплекта машин для пересадки подроста: Диссертация ... канд. техн. наук: 05.21.01 / Науч. рук. Ю.А. Ширнин. - Йошкар-Ола, 1999 - 138 с.

ОЦЕНКА СЕЗОННОЙ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Н.К. КЛИМУШЕВ, доцент кафедры технологии машинных лесозаготовок МГУЛа, к. т. н.

Лесозаготовительное производство отличает ярко выраженная сезонная неравномерность, особенно характерная для лесосечных работ и вывозки леса. Такая неравномерность имеет объективные причины, обусловленные наиболее благоприятными условиями для лесозаготовок в зимнее время, сложностью вывозки по дорогам низкого класса в летнее время и необходимостью перерывов вывозки в период весенней и осенней распутицы.

Неравномерность работы на лесозаготовках принято характеризовать коэффициентом неравномерности К„ [1]:

кИ = 12

где ()п - объем работ за месяц п, за который определяется коэффициент неравномерности, тыс. м3;

(),. - годовой объем работ, тыс. м3.

В работе [1] приводятся значения коэффициентов неравномерности вывозки и раскряжевки для ряда лесозаготовительных предприятий Свердловской области по итогам 1971 г.. Некоторые из этих показателей представлены в табл. 1.

Таблица 1

Коэффициенты неравномерности работы леспромхозов

Наименование Тип Коэффициент неравномерности

леспромхоза дороги по вывозке по раскряжевке

1 2 3 4

Андрияновский УЖД 0,88....1,14 0,98....1,02

Карабашский Колейная на ж/б плитах 0,81....1,33 0,98....1,03

Шамарский Грунтовая улучшенная 0,60.. „1,56 0,93... .1,07

Талицкий Г рунтовая 0,19....1,99 0,86.. ..1,15