Технология заготовки древесины с сохранением подроста

Лесоинженерное дело

DOI: 10.12737/11271 УДК 630.935.1

ТЕХНОЛОГИЯ ЗАГОТОВКИ ДРЕВЕСИНЫ С СОХРАНЕНИЕМ ПОДРОСТА

кандидат технических наук, доцент В. М. Дербин1 кандидат технических наук М. В. Дербин1

1 - «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»,

г. Архангельск, Российская Федерация

В последние годы повысились требования сертификационных органов и органов лесного хозяйства к разработанным лесосекам с точки зрения количества сохраняемого подроста на единице площади. Для сохранения подроста и уменьшения площади повреждения поверхностного покрова лесосеки наиболее целесообразно использовать широкозахватные ва-лочно-пакетирующие машины, например, ЛП-19, МЛ-119, Timberjack 850, John Deere 753J, John Deere 759J и др. Количество сохраняемого подроста во многом зависит от технологической схемы разработки лесосек. Рассмотрены и проанализированы известные технологические схемы. При трелевке пачек деревьев к одному усу лесовозной дороги валочно-пакетирующая машина движется с совершением холостых ходов, что снижает эффективность разработки лесосек в целом. При трелевке пачек деревьев к двум усам лесовозных дорог требуется двукратное увеличение протяженности усов, что значительно повышает трудозатраты на выполнение лесозаготовительных работ и себестоимость продукции. Представлены новые технологии разработки лесосек. При этом схемы движения валочно-пакетирующей машины и трелевочного трактора такие же, как и по известным технологиям заготовки древесины без сохранения подроста. Сохранение подроста обеспечивается изменением последовательности выполнения элементов технологической операции формирования полногрузных для трелевки пачки деревьев. При разработке лесосек по предложенным технологиям процесс формирования полногрузных для трелевки пачек деревьев сопровождается подъемом деревьев над поверхностью земли из пачек, сформированных валочно-пакетирующей машиной, и их переносом на трелевочный волок. Определена производительность трелевочного трактора. При сопоставлении всех рассмотренных схем разработки лесосек необходимо учитывать ряд показателей: коэффициент загрузки трелевочного трактора, расстояние холостых ходов, продолжительность укладки деревьев в формировочное устройство, возможное изменение скорости рабочего хода трактора из-за разной загрузки.

Ключевые слова: разработка лесосек, пачка деревьев, валочно-пакетирующая машина, подрост, трелевка, трелевочный трактор.

136

Лесотехнический журнал 1/2015

Лесоинженерное дело

TECHNOLOGY OF TIMBER HARVESTING WITH PRESERVATION OF

UNDERGROWTH

PhD in Engineering, Associate Professor V. M. Derbin1 PhD in Engineering M. V. Derbin1

1 - «Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov», Arkhangelsk, Russian Federation

Abstract

In recent years, requirements of certification bodies and forestry authorities for developed to felling in terms of the number of undergrowth per unit area are increased. To save the undergrowth and reducing the area of damage to the surface cover cutting areas it is most advisable to use wide-feller bunchers, for example, ЛП-19, МЛ-119, Timberjack 850, John Deere 753J, John Deere 759J, etc.. Number of undergrowth largely depends on the development plan of cutting areas development. Known technological schemes are reviewed and analyzed. When hauling packs of trees at one spur track of forest road feller-buncher moves with the rapid moves, which reduce the efficiency of the development of cutting areas as a whole. When hauling trees packs at two spur track of logging roads two fold increase in the length of spur tracks is needed, which greatly increases the effort required to perform logging operations and the cost of production? New technologies for development of cutting areas are presented. In this case, traffic schemes of track feller buncher and skidder are the same as the known technology of timber harvesting without undergrowth preservation. Saving undergrowth is provided by changing the sequence of execution of elements of technological operation for forming full-load for bundles of trees for skidding. Upon developing cutting areas on the proposed technologies processes of formation of full-load skidding bundles of trees is accompanied by a rise of trees above the ground from packs formed by feller bunchers, and transfer them to skidding trails. Performance of skidder is defined. When comparing all the considered schemes to develop cutting areas several factors must be considered: load factor of skidder, distance of idling, duration of stacking trees in the forming device, possible change in the rate of tractor stroke due to the different download.

Keywords: development of cutting areas, a pack of trees, feller-buncher, undergrowth, skidding, skidder.

В последние годы повысились требования сертификационных органов и органов лесного хозяйства к разработанным лесосекам с точки зрения количества сохраняемого подроста на единице площади. При хлыстовой заготовке древесины наиболее полно удовлетворяют этим требованиям технологии разработки лесосек с использованием широкозахватных валочно-пакетирующих машин (ВПМ), например, ЛП-19, МЛ-119,

Timberjack 850 [9,10,11], John Deere 753J, John Deere 759J и др. Количество сохраняемого подроста во многом зависит от технологической схемы разработки лесосек. Поэтому, вопросы, связанные с совершенствованием технологии разработки лесосек, являются актуальными.

В технической литературе приводится достаточно большое разнообразие технологических схем разработки лесосек [1,

Лесотехнический журнал 1/2015

137

Лесоинженерное дело

2, 3, 4, 6]. Их можно подразделить на технологические схемы:

• с сохранением подроста,

• без сохранения подроста,

• комбинированные.

При разработке лесосек по схемам (рис. 1 и 2) ВПМ формирует пачки деревьев на след машины. В этом случае на всей площади разрабатываемых лент, кроме трелевочных волоков, возможно сохранение

лесосек с сохранением подроста при трелевке деревьев к двум усам лесовозной дороги: 1 - лента леса; 2 - ВПМ; 3 - рабочая зона ВПМ; 4 - пачка деревьев, сформированная ВПМ; 5 - зона безопасности;

6 - магистральный трелевочный волок;

7 - ус лесовозной дороги; 8 - лесопогрузочный пункт

лесосек с сохранением подроста при трелевке деревьев к одному усу лесовозной дороги: 1 - лента леса; 2 - ВПМ; 3 - рабочая зона ВПМ; 4 - пачка деревьев, сформированная ВПМ; 5 - зона безопасности;

6 - магистральный трелевочный волок;

7 - ус лесовозной дороги; 8 - лесопогру-

зочный пункт; 9 - объездной волок

подроста. Эти схемы не нашли практического применения по ряду причин. Если при разработке лесосек ВПМ перемещается челночным способом (без холостых ходов), то увеличивается (удваивается) объем строительства усов лесовозных дорог (рис. 1). При разработке лесосек с совершением холостых ходов (при трелевке к одному усу лесовозной дороги) значительно снижается производительность ВПМ.

138

Лесотехнический журнал 1/2015

Лесоинженерное дело

Кроме того, при формировании пачек деревьев по указанным схемам низка эффективность использования трелевочных тракторов. В соответствии с правилами заготовки древесины [5] при разработке лесосек трелевочный трактор должен перемещаться строго по трелевочному волоку, то есть должен двигаться по следу ВПМ. Поэтому, каждую пачку, сформированную ВПМ, трелевочный трактор должен трелевать отдельно, то есть объем трелюемой пачки деревьев соответствует объему пачки деревьев, сформированной ВПМ.

Объем пачки деревьев, формируемой ВПМ, определяется из выражения

б

2 • R • (r - r )• q

10000

где Q - объем пачки деревьев, формируемой ВПМ, м ;

2R-(R-r) - это площадь площадки леса, обрабатываемой валочно-пакетирующей машиной с одной рабочей позиции в м2;

q - запас леса на 1 гектаре, м3/га.

Для того, чтобы перейти от размерности в гектарах к размерности в м2, необходимо разделить на 10000. Один га = 10000 м .

При разработке лесосек ВПМ ЛП-19 при q = 200 м3/га

Q

2 • 8 • (8 - 3,5) • 200 10000

1,44 м3.

Отсюда видно, что объем пачек деревьев, формируемых ВПМ, при относительно большом запасе леса на гектаре (для условий Северо-Западной части России) составляет около 1,5 м . При трелевке пачек деревьев такого объема низка эффективность работы трелевочных тракторов (скиддеров), используемых на лесозаготовительных предприяти-

ях России, так как недостаточна их загрузка. Из формулы видно, что объем пачек деревьев, формируемых ВПМ, Q зависит от запаса леса на гектаре q. Объем меняется в широких пределах и поэтому невозможно обеспечить номинальную загрузку трелевочного трактора, если он трелюет пачки деревьев, сформированные ВПМ, поштучно.

При разработке лесосек по известной схеме (рис. 3) без сохранения подроста деревья срезают и укладывают ВПМ под углом к разрабатываемым лентам леса. Трелевочный трактор при формировании пачки деревьев перемещается по следу ВПМ и может осуществлять набор пачки из нескольких пачек, сформированных ВПМ. Таким образом, трелевочный трактор набирает требуемую (соответствующую номинальной нагрузке на трактор) пачку деревьев, за счет чего повышается эффективность его использования. Однако при формировании пачки деревьев трелевочным трактором их комли укладывают на коник и перемещают в полупогруженном положении. Кроны пачек деревьев располагаются слева от трактора и при перемещении их на след трактора повреждается практически весь жизнеспособный подрост на всей ширине разрабатываемых ВПМ лент леса.

Предлагаются две технологии (способа) разработки лесосек с сохранением подроста при использовании ВПМ и скиддеров. При этом схемы движения ВПМ и трелевочного трактора такие же, как и по известным технологиям заготовки древесины без сохранения подроста. Сохранение подроста обеспечивается изменением последовательности выполнения элементов технологической операции формирования полногрузной для трелевки пачки деревьев.

Лесотехнический журнал 1/2015

139

Лесоинженерное дело

лесосек с укладкой деревьев ВПМ под углом к разрабатываемым лентам леса:

1 - лента леса; 2 - ВПМ; 3 - рабочая зона ВПМ; 4 - пачка деревьев, сформированная ВПМ; 5 - зона безопасности; 6 - магистральный трелевочный волок; 7 - лесопогрузочный пункт; 8 - ус лесовозной дороги

Первый вариант технологии разработки лесосек предусматривает следующую последовательность выполнения элементов технологических операций: валку и укладку спиленных деревьев в пачки на землю комлями в сторону лесопогрузочного пункта, выполняемые ВПМ, причем пачки деревьев укладывают под углом к разрабатываемым лентам леса; формирование для трелевки пачек деревьев из нескольких пачек, сформированных ВПМ и их трелевку, выполняемые при движении трелевочного трактора по следу

140

ВПМ. При формировании пачки деревья приподнимают, перемещают над поверхностью земли и укладывают в формировочное устройство, располагая крону на след ВПМ.

Последовательность выполнения элементов технологических операций по второму варианту аналогична первому. Отличительной особенностью является то, что при формировании для трелевки пачек деревьев сначала приподнимают вершинную часть деревьев и перемещением над поверхностью земли укладывают на след валочно-пакетирующей машины, а затем комлевую часть деревьев приподнимают и укладывают в формировочное устройство трелевочного трактора. За счет раздельного перемещения вершинной и комлевой частей деревьев при формировании пачки трелевочным трактором обеспечивается уменьшение нагрузки на технологическое оборудование (гидроманипулятор), снижение металлоемкости трелевочного трактора в целом, увеличение полезной нагрузки на рейс и производительности на трелевке.

Следует учитывать, что повреждение подроста происходит при перемещении (скольжении) кроны пачек деревьев по лесосеке [7, 8, 12]. Однако мелкий подрост практически не повреждается при разовой укладке и последующем подъеме (без перемещения по поверхности лесосеки) кроны деревьев. Кроме того, деревья имеют бессучковую зону. При разработке лесосек с укладкой деревьев ВПМ под углом к направлению движения на ленте леса можно выделить следующие зоны: след ВПМ, зона расположения бессучковой зоны стволов деревьев и зона расположения кроны деревьев. В зоне расположения бессучковой зоны стволов деревьев

Лесотехнический журнал 1/2015

Лесоинженерное дело

повреждения подроста практически не происходит.

Таким образом, при разработке лесосек по предложенным технологиям обеспечивается сохранение подроста и за счет формирования полногрузных для трелевки пачек деревьев достигается повышение эффективности работы трелевочных тракторов.

Для правильной оценки технологического процесса необходимы критериальные показатели, по значению которых можно судить о ходе процесса и дать его качественную оценку. К таким показателям относятся производительность машин, энергоемкость процесса, себестоимость продукции, приведенные затраты.

Себестоимость продукции и приведенные затраты включают в себя эксплуатационные расходы, которые зависят от многих субъективных факторов, таких как, квалификация и мастерство оператора, организация технического обслуживания, техническое состояние машин, технологическая схема разработки лесосек и т.п. Сравнительная оценка технологий лесосечных работ по значениям указанных показателей возможна только при наличии объективных показателей.

Производительность - один из важнейших технологических показателей работы машин. Принципом формирования машин в системы является равные или кратные их производительности. В предложенных вариантах технологических схем технология работы ВПМ, а, соответственно, и ее производительность не меняется. Различный состав или последовательность элементов выполнения операций трелёвочного трактора приводит к изменению его производительности.

Поэтому оценку технологических процессов можно производить по производительности трелевочного трактора.

Часовая производительность трелевочного трактора определяется по формуле

П =

3600 • р1 • р2 • М

t

где 3600 - переводной коэффициент (продолжительность часа в секундах);

р - коэффициент использования рабочего времени;

р2 - коэффициент загрузки трелевочного трактора;

М - номинальный объем трелюемой пачки деревьев, м3;

t - продолжительность трелевки

одной пачки деревьев, с.

Продолжительность цикла трелевки одной пачки деревьев включает следующие составляющие

где tф - продолжительность формирова-

t — 11 + t + t + t ,

ц ф. р.х. р. х.х. ’

ния пачки деревьев, включающая продолжительность укладки деревьев в формировочное устройство и продолжительность переездов трелевочного трактора на смежные рабочие позиции, с;

t - продолжительность рабочего

хода трелевочного трактора, с;

tp - продолжительность разгрузки

пачки деревьев, с;

tx х - продолжительность холостого

хода трелевочного трактора, с.

Учитывая состав и последовательность элементов выполнения операций трелевочного трактора по предложенным схемам (рис. 3), можно сделать вывод, что при прочих

Лесотехнический журнал 1/2015

141

Лесоинженерное дело

равных условиях изменение его производительности зависит только от продолжительности укладки деревьев в формировочное устройство. Из сравнения схем разработки лесосек (рис. 1 и 2) следует, что на производительность трелевочного трактора оказывает влияние расстояние холостого хода, а, соответственно, и его продолжительность. При сопоставлении всех рассмотренных схем раз-

работки лесосек с точки зрения производительности необходимо учитывать ряд показателей: коэффициент загрузки трелевочного трактора, расстояние холостых ходов, продолжительность укладки деревьев в формировочное устройство, возможное изменение скорости рабочего хода трактора из-за разной загрузки.

Библиографический список

1. А.с. 1303083 СССР, МКИ3 A 01 G 23/08. Способ разработки лесосек [Текст] / Дербин

В.М. - № 3883737 ; заявл. 10.04.1985 ; опубл. 15.12.1986, БИ. - №14.

2. Виногоров, Г.К. Лесосечные работы [Текст] / Г.К. Виногоров. - М. : Лесн. пром-сть, 1981. - 272 с.

3. Кругов, В.С. Валочно-пакетирующая машина ЛП-19 [Текст] / В.С. Кругов, М.А. Бар-ман, В.П. Ермольев, В.Е. Королев, Б.В. Попов. - М. : Лесн. пром-сть, 1982. - 288 с.

4. Матвейко, А.П. Технология и машины лесосечных работ: Учебник для вузов [Текст] / А.П. Матвейко, А.С. Федоренчик. - Мн.: Технопринт, 2002. - 480 с.

5 Правила заготовки древесины. Утверждены приказом МНР России № 184 от 16.07.2007. [Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_124947/?frame=5

6. Шелгунов, Ю.В. Лесоэксплуатация и транспорт леса [Текст] / Ю.В. Шелгунов, А.К. Горюнов, И.В. Ярцев. - М. : Лесн. пром-сть, 1989. - 520 с.

7. Brokmeier, H. Struktur und Geschaftsfelder niedersachsischer Forstunternehmen [Тех^ / H. Brokmeier, M. Strunk. Forst und Technik, 2008. - рр. 24-27.

8. Drewes, D. Bestandesvorbereitung in der hochmechanisierten Holzernte [Тех^ / D. Drewes. - Forsttechnik, 2010. - 12 p.

9. Drushka, Ken Tracks in the Forest. The Evolution of Logging Machinery [Тех^ / Ken Drushka, Hannu Konttinen. - Timberjack Group. - Helsinki, 1997. - 253 p. ISBN 952-90-8616-4.

10. Fleischer, M. Geschichte der Holzernte in Handarbeit [Тех^ / M. Fleischer. - Proekte Verlag Cornelius GmbH, Halle/S. - 1. Auflage, 2009. - 212 p. ISBN 978-3-86634-664-2.

11. Fleischer, M. Geschichte der mobile Holzerntemaschinen [Тех^ / M. Fleischer. - Proekte Verlag Cornelius GmbH, Halle/S. - 1. Auflage, 2007. - 366 p. ISBN 978-3-86634-412-9.

12. Pausch, R. Die Holzernteplanung ersetzt den Zufall durch den Irrtum? [Тех^ / R. Pausch. - Forstmaschinenprofi, 2008. - pp. 58-61.

References

1. Derbin V.M Sposob razrabotki lesosek [The method of logging site]. AS 1303083 USSR

142

Лесотехнический журнал 1/2015

Лесоинженерное дело

MKI3 A 01 G 23/08. № 3883737; appl. 10.04.1985; publ. 15.12.1986, BI. no. 14 (in Russian).

2. Vinogorov G.K. Lesosechnye raboty [Logging activities]. Moscow, 1981, 272 p. (in Russian).

3. Krugov V.S., Barman M.A., Ermolyev V.P., Korolev V.E., Popov B.V. Valochno-paketirujushhaja mashina ЛП-19 [Feller-buncher ЛП-19]. Moscow, 1982, 288 p.

4. Matveiko A.P., Fedorenchik A.S. Tehnologija i mashiny lesosechnyh rabot [Technology and machines of logging operations]. Minsk, 2002, 480 p.

5. Pravila zagotovki drevesiny. UtverzhdenyprikazomMPR Rossii № 184 ot 16.07.2007. [Rules of timber harvesting. Approved by order of Ministry of Natural Resources of Russia № 184 of 16.07.2007. Available at: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_124947/?frame=5 (in Russian).

6. Shelgunov Ju.V., Gorjunov A.K., Jarcev I.V. Lesojekspluatacija i transport lesa [Forest exploitation and transportation of forest]. Moscow, 1989. 520 p. (in Russian).

7. Brokmeier H., Strunk M. Struktur und Geschaftsfelder niedersachsischer Forstunterneh-men. Forst und Technik, 2008, рр. 24-27.

8. Drewes D. Bestandesvorbereitung in der hochmechanisierten Holzernte. Forsttechnik,

2010, 12 p.

9. Drushka Ken, Hannu Konttinen Tracks in the Forest. The Evolution of Logging Machinery. Timberjack Group. Helsinki, 1997, 253 p. ISBN 952-90-8616-4.

10. Fleischer M. Geschichte der Holzernte in Handarbeit. Proekte Verlag Cornelius GmbH, Halle/S. 1. Auflage, 2009, 212 p. ISBN 978-3-86634-664-2.

11. Fleischer M. Geschichte der mobile Holzerntemaschinen. Proekte Verlag Cornelius GmbH, Halle/S. 1. Auflage, 2007, 366 p. ISBN 978-3-86634-412-9.

12. Pausch R. Die Holzernteplanung ersetzt den Zufall durch den Irrtum? Forstmaschinenpro-fi, 2008, pp. 58-61.

Сведения об авторах

Дербин Василий Михайлович - заведующий кафедрой технологии лесопромышленных производств, «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова», кандидат технических наук, доцент, г. Архангельск, Российская Федерация; e-mail: v.derbin@mail.ru.

Дербин Михаил Васильевич - старший преподаватель кафедры технологии лесопромышленных производств, «Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова», кандидат технических наук, г. Архангельск, Российская Федерация; e-mail: m.v.derbin@mail.ru.

Information about authors

Derbin Vasily Mikhailovich - Head of the Department Technology of Timber Production of «Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov», Ph.D. in Engineering, Associate Professor, Arkhangelsk, Russian Federation; e-mail: v.derbin@mail.ru.

Derbin Mikhail Vasilyevich - Senior Lecture of the Department Technology of Timber Production of «Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov», Ph.D. in Engineering, Arkhangelsk, Russian Federation; e-mail: m.v.derbin@mail.ru.

Лесотехнический журнал 1/2015

143