Выбор системы машин для сбора отходов лесозаготовок и получения топливной щепы

ВЫБОР СИСТЕМЫ МАШИН ДЛЯ СБОРА ОТХОДОВ ЛЕСОЗАГОТОВОК И ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ ЩЕПЫ

Суханов Ю.В.

The article focuses on the choice of machines for production wood chip and clear the forest of slash.

Правила, устанавливающие требования к заготовке древесины во всех лесных районах Российской Федерации, предусматривают очистку мест рубок от порубочных остатков. Очистка должна проводится силами лесозаготовителя. Это увеличивает себестоимость заготовленной древесины.

Во многих странах мира порубочные остатки рассматривают не как отходы, а как сырье для получения древесного топлива. Например, в Финляндии лесные отходы составляют значительную долю в поставках сырья для топливной щепы и поэтому крупные лесные компании активно скупают порубочные остатки. Таким образом, очистка лесосек для лесозаготовителя из статьи расходов может превратиться в статью дохода.

Последние годы наблюдается бурное развитие биоэнергетики в Республике Карелия. Появляются новые потребители топливной щепы, и возникает необходимость бесперебойного обеспечения их топливом. Порубочные остатки, остающиеся на лесосеке после сплошной рубки, а также тонкомерная древесина от рубок ухода в перспективе могут рассматриваться как основной резерв для получения топливной щепы.

В настоящее время производство щепы из порубочных остатков сдерживается применением ручного труда или малопроизводительных машин на сборе и переработке отходов. Специальные, высокопроизводительные машины имеют высокую цену, поэтому покупка таким машин должна быть обоснована. Возникают вопросы выбора системы машин и оборудования для сбора и переработки порубочных остатков, а также расчета экономического эффекта от переработки лесосечных отходов в щепу.

Для решения данных вопросов предлагается разработать систему поддержки принятия решения, включающую в себя имитационные модели лесосеки и работы систем машин, а также подпрограмму расчета экономической эффективности применения машин для сбора и переработки лесосечных отходов в интересующих условиях.

Наиболее перспективными технологиями переработки лесосечных остатков на щепу можно считать следующие:

а) Доставка пакетов порубочных остатков к потребителю, при этом непосредственно производство щепы осуществляется у потребителя высокопроизводительной рубительной машиной.

б) Производство щепы из порубочных остатков на лесопогрузочном пункте с помощью передвижной рубительной машины и доставка потребителю готовой щепы щеповозами.

Производство щепы на лесосеке не может признаваться высокопроизводительным в связи с тем, что небольшие объемы порубочных остатков распределены по всей площади лесосеки и рубительная машина тратит значительное время на переезды. Исключение могут составлять специальные передвижные рубительные машины с контейнером для готовой щепы, но и в этом случае производительность рубительной машины будет значительно ниже, чем у машины, работающей на лесопогрузочном пункте.

Для первой технологии используется специальная машина для пакетирования порубочных остатков. Она оснащена манипулятором и специальным устройством пакетирования. Оператор машины с помощью манипулятора подбирает порубочные остатки и поднимает их на подающий стол устройства пакетирования, которое уплотняет и обвязывает отходы и таким образом формирует компактные пакеты. Существуют машины с устройством непрерывного пакетирования и устройством дискретного действия. Наибольшим минусом таких машин является их высокая стоимость. Положительным моментом данной технологии следует признать то, что другие специальные машины не требуются, так как при вывозке пакетов порубочных остатков с лесосеки можно использовать форвардер, а для доставки пакетов до потребителя сортиментовоз.

Вторая технология требует сбора порубочных остатков на лесосеке, вывозки их на погрузочный пункт к работающей рубительной машине. Рубительная машина перерабатывает порубочные остатки в щепу. Полученная щепа перегружается в специальные щеповозы и доставляется до потребителя.

Дополнительной проблемой является то, что при любой из технологий необходимо задействовать машины, работающие на главном пользовании - фор-вардеры. Поэтому для лесозаготовителя необходимо рассматривать вопрос получения щепы из порубочных остатков совместно с рубкой древесины. Фор-вардеры не должны отвлекаться от главного пользования. Поэтому рубка и сбор отходов должны быть разнесены по времени.

Предлагается рассматривать три варианта и по результатам моделирования выбирать тот, которых может принести лесозаготовителю наибольший доход.

Базовый вариант - сплошная рубка с использованием харвестера и форвар-дера, порубочные остатки частично используют как укрепление волока для прохода форвардера. После рубки лесозаготовитель очищает лесосеку сбором лесозаготовительных отходов в кучи для последующего их сжигания или пере-гнивания.

Второй и третий варианты предполагают, что после сплошной рубки порубочные остатки собираются и используются для производства топливной щепы по первой и второй технологиям соответственно.

Работа системы поддержки принятия решения заключается в следующем:

Согласно исходным данным (введенных пользователем или полученных из базы данных ГИС), моделируется горизонтальная и вертикальная структура древостоя и рельеф местности.

После чего моделируется сплошная рубка с учетом технических характеристик харвестеров и форвардеров, имеющихся у лесозаготовителя. В результате рассчитывается время работы машин и объем полученных сортиментов, а

также формируется таблица с координатами распределения порубочных остатков по лесосеке.

Далее вызываются подмодели работы машин для сбора погрузочных остатков и переработке их на щепу.

Первый альтернативный вариант включает подмодели работы машины пакетирующей порубочные остатки, в результате чего рассчитывается время работы, количество пачек и их координаты на лесосеке, а также общий объем собранных порубочных остатков. Моделирование работы форвардера при сборе и вывозке пачек порубочных остатков выполняется так же, как и при сплошной рубке.

Второй альтернативный вариант включает моделирование работы по сбору порубочных остатков на лесосеке и вывозки их к лесопогрузочному пункту. Подмодель работы рубительной машины необходима для расчета времени работы машины по получению щепы из порубочных остатков.

Затраты на погрузочно-разгрузочные операции, а также затраты на доставку пакетов порубочных остатков или щепы до потребителя, закладываются пользователем системы на последнем шаге моделирования. Также пользователь вводит данные о цене на сортименты, щепу и порубочные остатки, доставленные до потребителя.

По окончанию моделирования, программа рассчитывает предполагаемую прибыль лесозаготовителя по трем вариантам. По базовому варианту, за минусом затрат на очистку лесосеки, и по альтернативным вариантам, где рассматривается суммарная прибыль от реализации сортиментов и от использования порубочных остатков для производства топливной щепы. На основании моделирования, лесопользователь может принять обоснованное решение по выбору системы машин для сбора лесосечных отходов и переработки их в щепу, а также оценить выгодно ли это по сравнению с уборкой порубочных остатков согласно правилам.

Описанные выше модели и система поддержки принятия решения реализо-вываются в виде готовых программ на языке Map Basic.

Работа выполняется в рамках проекта «Лесозаготовки и логистика в России», финансируемого Европейским Союзом через финское Агентство по развитию технологий и инноваций (TEKES).