Аэростатные системы трелевки - второе рождение

АЭРОСТАТНЫЕ СИСТЕМЫ ТРЕЛЕВКИ - ВТОРОЕ РОЖДЕНИЕ

А.В. АБУЗОВ, асп. ДВЛТИ, руководитель Дальневосточного центра воздухоплавания «Аэрос»

В настоящее время лесозаготовительные предприятия России встречаются с рядом серьезных проблем, основной причиной которых являются технические сложности проведения трелевочного цикла в горном и сильно пересеченном рельефе, где традиционная техника не в состоянии вести лесозаготовки или же использование ее приводит к экономическим потерям и серьезным экологическим последствиям.

Все это приводит к тому, что лесозаготовки удаляются от населенных пунктов в поисках новых лесосек с более благоприятными условиями, при этом увеличивается расстояние вывозки древесины. Но, как уже известно, лесных площадей без труднодоступных мест становится с каждым годом все меньше и меньше.

Между тем на нетронутых горных склонах остается спелый лес высокого качества, который необходимо в какой-то мере выбирать искусственно, чтобы происходило омоложение лесфонда за счет естественного прироста, чтобы перестойный лес не превращался в сухостой и не был причиной пожаров, которые в горных условиях тушить невозможно.

Так как горные леса выполняют важные водоохранные и почвозащитные функции, то при создании и эксплуатации технологий для горных лесозаготовок, как, впрочем, и для равнинных, стоит учитывать важные экологические требования, которым должна соответствовать нововведенная техника.

Основными экологическими требованиями при проведении лесозаготовок на сегодняшний день являются:

- максимальное сохранение растущих деревьев и подроста;

- сохранение почвенного покрова, особенно близ водоемов;

- шумозащищенность работ для обитателей леса.

Вышеперечисленные доводы влекут за собой внедрение в процесс горных лесозаготовок способов воздушной трелевки.

В мире существует несколько видов воздушной трелевки - это вертолетная, подвесная канатная и аэростатная системы трелевки.

Вертолетная трелевка является производительной и экологически правильным методом трелевки, при этом расстояние трелевки в несколько раз превышает расстояние трелевки наземной техникой. Но основной и весьма весомый недостаток этого метода -это высокая себестоимость работ.

Канатные системы отличаются более низкой себестоимостью трелевочного процесса, но короткое расстояние трелевки, большое время подготовительных работ (монтаж и демонтаж), большая металлоемкость и некоторые ограничения в сильно пересеченном рельефе являются основными недостатками этих систем.

Аэростатные системы являются альтернативной технологией или средним звеном между вертолетной, канатной и наземной технологиями лесозаготовок.

Возникает вопрос: почему такая перспективная технология не получила массового распространения? Объяснений здесь несколько:

- основную конкуренцию имеющимся на тот момент технологиям аэростатные системы составляли в 60-70-е годы ХХ в. (речь идет о США и Канаде). Далее начинается постепенное вытеснение этого метода вертолетной и канатной трелевками. Связано это с тем, что в то время, в отличие от канатной и вертолетной трелевок, аэростатная система не имела совершенствования. Промышленность еще не выпускала ни новых типов тканей, ни синтетических канатов, ни новых систем управления лебедками. К тому же, начиная с середины 70-х годов, начинается рост цен на газ гелий, а замены ему найдено еще не было.

Поэтому в течение двадцати с лишним лет аэростатная система не претерпевала никаких изменений и, как обычно, представляла собой аэростат луковичного типа, сделаный из прорезиненной хлопчатобумажной ткани с алюминиевым напылением, стальной трособлочной системой, которая приводилась в движение мощными (до 600 л. с.) дизельными лебедками.

Сейчас же, в настоящее время, при наличии современных материалов агрегатов управления и новых химических методов аэростатные системы выходят на более высокий и перспективный уровень развития. Хочется с твердостью сказать, что эта технология должна иметь «второе рождение».

Подтверждение этих слов было доказано испытаниями, проведенными под Хабаровском в 2002 г. специалистами Дальневосточного центра воздухоплавания «Аэ-рос».

Была испытана новая схема управления с использованием трех аэростатных лебедок, расставленных по треугольнику на расстоянии от 200 до 400 м друг от друга. Аэростатный носитель луковичной формы МТА-500 имел тяговое усилие 500 кг. Скорость перемещения составляла от 3 до 5 м/с. Погрешность при наводке и опускании грузовой подвески на бревно составила 1-3 м. Ветер при испытаниях достигал 10 м/с. Высота подъема МТА-500 составляла до 150 м. Место для проведения испытаний

было подобрано такое, чтобы была реально представлена картина труднопроходимой местности: болото, река, крутой склон.

Что же, собственно, представляет собою современная аэростатная система трелевки и в чем ее отличие от прошлых аэросистем?

Современная аэростатная система трелевки представляет собой совокупность нескольких технических элементов (рис. 1, 2):

1. Газовый аэростат в зависимости от ветровых условий в месте проведения лесозаготовок может быть «луковичной» или стандартной аэродинамической формы. Оболочка аэростата изготовлена из ткани на основе полиуретана. Эта ткань весьма долго способна удерживать газ (этот фактор в первую очередь отражается на себестоимости работ). Также она имеет большой ресурс службы и является простой в ремонте.

2. Канатно-блочная система состоит из синтетических канатов или стальных канатов, покрытых ПВХ, и пластиковых концевых и направляющих блоков. Также могут применяться блоки из металлопластика или мягкого металла. Использование современных канатов дает возможность увеличить грузоподъемность, расстояние трелевки и сопротивляемость аэростата ветровым потокам при неизмененном объеме оболочки, а также облегчить и ускорить монтажный процесс подготовительных работ. Применение пластиковых или металлопластиковых

блоков устраняет истирание и быстрый износ синтетических канатов.

3. Гидравлические радиоуправляемые лебедки. В системе обычно три лебедки располагаются на участке в зависимости от рельефа местности и грамотности инженерного состава. От правильного расположения лебедок зависит вся работа системы. В процессе управления участвуют два оператора: первый - основной - на разгрузочном пункте, второй — чокеровщик на делянке - в месте загрузки аэростата. Каждый из операторов имеет свой радиопульт управления, завязанный на каждую лебедку, под оболочкой

аэростата находится основная передающая антенна. На пульте у основного оператора отражаются данные напряжений в канатах, скорость намотки и различные критические моменты (например, обрыв каната или остановка лебедки). Лебедки оборудованы гибкими амортизаторами для уменьшения нагрузок от динамических рывков. Все шкивы, выходные ролики и блоки лебедок также выполнены из пластика или металлопласти-ка. Система радиоуправления позволяет ускорить рабочий цикл, улучшает ориентацию оператора, повышает производительность, уменьшает количество персонала.

Рис. 1

Рис. 2

Таблица

Сравнение современных аэростатных систем трелевки с другими лесозаготовительными системами для горных лесозаготовок

Показатели Валочно-пакетирующие машины с ВВК + Форвардер или Скидр Полуподвесные канатные установки Подвесные канатные установки Вертолет Аэростатные системы

Рейсовая нагрузка (в зависимости от грузоподъемности механизма), кг 300010000 1500-30006000-10000 3000-5000 3000-4000-20000 1500-35005000-700010000-15000

Сменная производительность (в зависимости от грузоподъемности и среднего расстояния трелевки до 500 м), м3 До 200 При грузоподъемности 3 т: отечественные 40-50; зарубежные современные 80-140 При грузоподъемности 3 т: отечественные 35-40; зарубежные современные 70-100 На примере Ми-8МТВ, грузоподъемность 3 т, время работы 4 ч: 90-100 При грузоподъемности 3 т: 80-90. При грузоподъемности 10 т: 180-250

Количество обслуживающего персонала (включая вальщика-чокерощика), чел. 3 7 5 4 4

Возможное расстояние трелевки, м 300-500700 300-550 500-1200 500-5000 500-2000

Строительство дополнительных подъездных усов и волоков Да, необходимо Да, необходимо Да, необходимо Нет Не всегда

Способ рубки Сплошной, выборочный Сплошной, выборочный Сплошной, выборочный Выборочный, выборочно-групповой Сплошной, выборочный, выборочно -групповой

Безопасность работ, % Хорошая Средняя Средне-хорошая Средняя Хорошая

Товарный вид древесины на погрузочном пункте после трелевки Хороший Средне-удовлетворительный Хороший Отличный Отличный

Экологичность процесса, процент уничтожения подроста, % 70 70 30 2-3 2-3

Влияние на почву, повреждение почвы, % 40-50 10-30 5-8 0 0

Возможность работы вдоль водоемов Возможно, но не- желательно Возможно, но нежелательно Возможно Возможно Возможно

Шум, действующий на обитателей леса, % 100 40 20 100 5

Крутизна склона, град. До 27 До 30 15-30 От 0 и выше, но в каньонах могут быть сложности От 0 и выше

Возможность одновременной обработки двух склонов каньона с одной стоянки Нет Нет Можно при дополнительном оборудовании. Сложно. Да Да

Возможность трелевки из-за склона с одной стоянки Нет Нет Можно при дополнительном оборудовании Да Да

Необходимость очищения бурелома Да Да Да Нет Нет

Окончание таблицы

Показатели Валочно-паке-тирующие машины с ВВК + Форвардер или Скидр Полуподвесные канатные установки Подвесные канатные установки Вертолет Аэростатные системы

Возможность погрузки и разгрузки в автомобильный транспорт Да Нет Да Да, но очень дорого Да

Возможность погрузки и разгрузки морского и речного транспорта Нет Нет Да, но на короткое расстояние Да, дорого Да*

Возможность одновременной трелевки и погрузки в морской и речной транспорт Нет Нет Нет Да Да

Ориентировочная себестоимость лесосечных работ (без подготовительных, без строительства подъездных путей и т.д.) при трелевке до 1000 м, долл./м3 По данным разных предприятий 7-11 По данным разных предприятий 8-11 По данным разных предприятий 9-12 По данным разных предприятий 30-40 По данным разных предприятий 11-15

Зависимость от погодных условий Дождь уменьшает проходимость Нет Нет Туман, низкая облачность, ветер свыше, 14 м/с, сильный снег Ветер свыше 14 м/с, сильный снег уменьшает грузоподъемность

Зависимость от перенагрузки работающих механизмов Практически нет. Тросо-блочная система. Тросо-блочная система. Высокая, ограничения по времени непрерывной работы. Практически нет.

Металлоемкость конструкции Большая Большая, частая замена тросов Большая, частая замена тросов Большая Только лебедочный механизм

Ресурс оборудования Большой Большой (лебедка) Большой (лебедка) Маленький Большой

Монтажные и демонтаж-ные работы по отношению к общему рабочему времени, проведенному на одной рабочей стоянке, пасеке, среднее расстояние трелевки 500 м, % Отсутствуют До 25 До 35 Отсутствуют До 7

Возможная общая площадь при обработке с одной стоянки (пасеки), га До 1,5 га До 2,5 га До 6 га Не имеет значение, ограничение по экономическим соображениям До 80 га

Возможность трелевки целых деревьев с соблюдением экологического эффекта. Да, эффект слабый Да, эффект слабый Да, возможно, эффект средний Да, возможно, эффект высокий Да, возможно, эффект высокий

Стоимость системы с аналогическими техническими возможностями. (только новое оборудование), тыс. дол. Комплекс (харвестер + форвардер): 500-700 При грузоподъемности 3 т: 80-180 При грузоподъемности 3 т: 150-250 На примере Ми-8МТВ: новый - 3500; после кап.ремонта - 1500 При грузоподъемности 3,5 т: 250-300

4. Между грузовой подвеской и оболочкой аэростата установлен гибкий амортизатор, смягчающий рывки аэростата после разгрузки или при порывах ветра.

5. Грузовая подвеска оснащена чоке-рами с радиоконтрольным управлением, это позволяет увеличить оперативность работ на разгрузке, уменьшается количество обслу-

живающего персонала, обеспечивается безопасность работ.

6. Заправка аэростата должна производиться не дорогим гелием, а водородом с добавками специального ингибитора, который устраняет опасные свойства этого газа. Чтобы этот водород был максимально дешев, можно использовать установки по получению активированного угля и пиролиз-ного газа. В состав пиролизного газа входит водород от 12 до 20 % от объема. Существуют специальные установки по очистке водорода от примесей, эти установки необходимо использовать в совокупности с установками по получению пиролизного газа.

Преимущества и целесообразность применения аэростатно-канатных систем

Проведя анализ таблицы (из 28 признаков сравнения), были сделаны следующие выводы:

- валочно-пакетирующие машины имеют 13 положительных признаков сравнения (ППС);

- полуподвесные канатные системы имеют 8 ППС;

- подвесные канатные системы имеют 17 ППС;

- вертолетная трелевка имеет 17 1111С;

- аэростатные системы трелевки имеют 23 ППС.

Итак, видно, что воздушные системы трелевки имеют большое преимущество над использованием наземных и канатных средств лесозаготовки. Выбор между использованием воздушных средств трелевки «падает» на использование аэростатных систем, которые имеют над вертолетом следующее превосходство:

- более бесшумная система;

- лучшая безопасность труда;

- себестоимость работ в несколько раз меньше;

- меньшая металлоемкость;

- более длинный ресурс оборудования;

- более низкая стоимость системы.

Положительные качества аэростатно-

канатных систем трелевки:

1. Рейсовая нагрузка или грузоподъемность аэростатных систем может варьиро-

ваться путем создания новых моделей аэростатного носителя. В отличие от вертолета, для создания которого требуется весьма огромные капиталовложения и много времени (несколько лет), аэростатный носитель значительно дешевле и быстрее в изготовлении по времени в несколько раз.

2. Расстояние трелевки значительно длиннее, чем при использовании наземной техники и канатных систем.

3. Способ рубки как сплошной, так и выборочный.

4. Значительно меньше приходится строить дополнительных волоков, подъездных путей и усов, чем при использовании наземной техники и канатных систем.

5. Товарный вид у древесины на погрузочном пункте отличный, т. к. она транспортируется по воздуху и имеется возможность аккуратного и медленного подъема и опускания.

6. Так как основной процесс трелевки ведется по воздуху, то максимально сохраняется подрост и другие растущие деревья, а также не происходит повреждение почвенного покрова.

7. Возможность работы системы вдоль водоемов без нарушения насаждений и почвы.

8. Возможность работы в каньонах, причем с одновременной обработкой двух склонов с одной стоянки.

9. Возможность трелевки из-за склона с одной стоянки.

10. Крутизна склона значения не имеет: работает как при пологой местности, так и при очень крутой. Трелевка производится как вверх по склону, так и вниз.

11. Возможность погрузки и разгрузки автотранспорта.

12. Возможность погрузки и разгрузки речного и морского транспорта при отсутствии причала.

13. Возможность одновременной трелевки и погрузки в речной и морской транспорт.

14. Подготовительные, монтажные и демонтажные работы занимают значительно меньше времени (в несколько раз), чем при использовании канатных систем.

15. Система имеет более низкую металлоемкость по отношению к другим трелевочным системам.

16. В отличие от канатных систем, аэростатная система имеет минимальные нагрузки на канаты.

Отрицательными качествами аэростатных систем в сравнении с наземными видами лесозаготовительной техники являются:

1. Более высокая себестоимость трелевочных работ, чем при использовании наземной и канатной техники.

2. Более уязвима для погодных условий.

3. При определенной силе и направлении ветра уступает в производительности.

4. По капиталовложениям уступает только канатным установкам.

Возможности по преодолению отрицательных качеств аэростатных систем

1. Себестоимость работ аэростатных систем в первую очередь зависит от стоимости подъемного газа, а также от частоты его подполнения в оболочку. Данная проблема имеет следующее положительное решение:

- необходимо заменить дорогой газ гелий менее дешевым (в несколько раз) водородом, но при этом необходимо использовать специальный ингибитор для нейтрализации опасных свойств водорода;

- для того чтобы газ в оболочке держался максимально долго, необходимо для изготовления оболочки применять современные ткани на полиуретановой основе, которые практически не пропускают газ;

- данные два нововведения позволяют значительно уменьшить себестоимость трелевочного процесса и приблизить ее к канатным установкам.

2. Для более удачного использования системы в плохих погодных условиях необходимо применение в качестве аэростатного носителя оболочки с более лучшими аэродинамическими качествами:

3. Для того чтобы увеличить производительность и возможности системы, необходимо:

- полностью отказаться от использования металлических канатов и перейти на более легкие и прочные синтетические канаты. Это позволит увеличить рейсовую нагрузку (грузоподъемность) при одинаковом объеме аэростата. Это также приведет к уменьшению себестоимости работ: так, при тех же затратах на газ и при том же количестве времени ( что при использовании металлических тросов), аэростатная система будет иметь большую грузоподъемность. При увеличении полезной нагрузки можно будет увеличить расстояние трелевки, что предоставит большие возможности для системы;

- необходимо по максимуму использовать трех- и четырехлинейные системы управления, это дает значительно больший охват рабочей площади и уменьшит количество и время монтажных и демонтажных работ.

4. При условии, что аэростатные системы будут изготавливаться масштабно, а не штучно, это приведет к понижению себестоимости изготовления.

Вышеперечисленные предложения по улучшению возможностей аэростатных систем вполне реальны для их реализации в настоящее время, когда технический прогресс человечества имеет более широкие возможности, чем это было, например, в 60-70-х годах ХХ века. Поэтому создание и внедрение современных аэростатных систем трелевки имеет весьма перспективное будущее, которое непосредственно касается развития лесной отрасли России.

Библиографический список

1. Ковалев, А.П. Эколого-лесоводственные основы рубок в лесах Дальнего Востока / А.П. Ковалев. -Хабаровск: ФГУ «ДальНИИЛХ», 2004.

2. Вопросы совершенствования технологий и оборудования в лесопромышленном комплексе и строительстве : юбилейный сб. науч. тр. - Хабаровск: ХГТУ, 1998.

3. Мамедова, К.Р. Инструкция по проведению по-грузочно-разгрузочных и трелевочных работ с использованием аэростатных носителей / К.Р. Мамедова. - Хабаровск: ДЦВ «Аэрос», 2000.

4. Michael, B. Lambert, Dale Hoke, "Lighter than air logging under multiple-tehrtered ground control", Pacific Northwest Skyline Symposium, 1992.

5. Wyssen Skylines, Switzerland, Wyssen-Seilbahnen AG, 2004г.