Повышение эффективности лесосечных работ путем рационального использования образующихся на лесосеке древесных отходов

На правах рукописи

Пискунов Максим Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТ
ПУТЕМ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОБРАЗУЮЩИХСЯ НА ЛЕСОСЕКЕ
ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ

05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Петрозаводск 2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Петрозаводский государственный университет.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Шегельман Илья Романович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сюнев Владимир Сергеевич,

кандидат технических наук

Паничев Геннадий Павлович

Ведущая организация: Санкт-Петербургская государственная

лесотехническая академия (СПбГЛТА)

Защита состоится «____» _____________2006 г. в _____ часов на заседании диссертационного совета Д 212.190.03 при Петрозаводском государственном университете (185910, Республика Карелия, Петрозаводск, Ленина пр., д. 33).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского государственного университета.

Автореферат разослан «____» ____________2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Поляков В. В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Лесосечные работы являются важной фазой, которая определяет эффективность лесозаготовок. В этой связи особое значение приобретают факторы, повышающие эффективность функционирования лесных машин. В процессе работы на лесосеке образуются хлысты или круглые лесоматериалы и значительный объем лесосечных отходов.

Лесосечные отходы выступают с одной стороны как вторичное сырье для промышленной переработки, с другой как – материал для укрепления волоков.

Как правило, вопросы функционирования лесных машин и процессы образования и дальнейшего использования лесосечных отходов рассматриваются разрозненно, что приводит к увеличению потерь биомассы дерева, уменьшению объемов вторичного сырья для промышленной переработки, снижению производительности машин при сборе отходов, снижению экологической безопасности лесных машин и др.

При этом одним из главных направлений развития лесозаготовительной промышленности остается увеличение заготовки и переработки биомассы дерева при сбережении всех видов ресурсов.

В этой связи разработка технологических решений, с помощью которых осуществляется управление процессом образования лесосечных отходов и рациональное использование отходов для укрепления волоков с целью увеличения объемов вторичного сырья для промышленного использования, является актуальной задачей и требует проведения специальных исследований.

Цель работы. Повысить функциональные возможности лесосечных машин путем управления распределением древесных отходов и сниже-
нием количества отходов для укрепления волоков.

Объекты и методы исследований. Трелевочно-транспортные системы на колесной и гусеничной базе, почво-грунты на волоках, укрепленные лесосечными отходами, процесс образования лесосечных отходов, операции по укладке хворостяной подушки на волоках.

Основные методы исследований: математическое моделирование движения лесных машин по волокам и процесса укладки хворостяной подушки; экспериментальные исследования колееобразования на волоках, свойств хворостяной подушки, плотности лесосечных отходов. Для экспериментальных исследований в полевых условиях свойств хворостяной подушки изготовлен измерительный комплекс. Состав комплекса: месдозы, измерительные преобразователи, модуль ввода, управля-
ющий компьютер, программное обеспечение NL Data View. Для исследования изменения плотности лесосечных отходов использовался метод закладки пробных площадок и метод линейных пересечений. При обработке результатов использовались методы математической статистики.

Научная новизна. Разработаны математические модели, позволя-
ющие определять число проходов трелевочно-транспортной системы для произвольного участка волока с учетом особенностей организации основной технологической схемы. Установлены закономерности влияния природно-производственных факторов на общую картину рас-
пределения проходов по волокам (пасечным и магистральным). Предложены модели, позволяющие определять изменение глубины колеи по длине волока с учетом изменения рейсовой нагрузки трелевочно-транспортной системы при каждом проходе и при работе нескольких систем разного типа на одном волоке. Разработаны зависимости, свя-
зывающие количество лесосечных отходов для формирования хворостяной подушки, число проходов, свойства почво-грунта и параметры движителя. Установлена связь между составом оборудования и последовательностью операций основного технологического процесса и плотностью лесосечных отходов на 1 м2 площади лесосеки. Предложены условия и способы увязки работ по строительству хворостяной подушки с особенностями выполнения основных лесосечных операций.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели, позволяющие строить распределение числа проходов лесных машин по волоку (пасечному и магистральному) при различных технологических схемах; в зависимости от характеристик древостоя; технических характеристик машин; особенностей организации лесосечных работ.
2. Математическая модель по определению глубины колеи произвольного участка волока при условии изменения рейсовой нагрузки трелевочно-транспортной системы и работе систем разного типа на волоке.
3. Результаты экспериментальных исследований распределения глубины колеи по участкам волока.
4. Математические модели взаимодействия движителя лесозаготовительной машины с почво-грунтом, укрепленным лесосечными отходами:
• эмпирическая модель, характеризующая защитные свойства хворостяной подушки;
• зависимость, связывающая количество лесосечных отходов с основными факторами, действующими в системе “движитель – почво-грунт”;
• зависимости, характеризующие работу на грунтах 3–4 группы трелевочных машин на колесной и гусеничной базе в аспекте затрат лесосечных отходов для укрепления волоков.
5. Результаты экспериментальных исследований по оценке влияния состава оборудования и последовательности операций основной технологической схемы на образование и распределение отходов по лесосеке.
6. Рекомендации по совмещению технологических операций по сбору отходов и укладке хворостяной подушки с операциями основного технологического процесса.

Достоверность научных исследований подтверждается: значительным статистическим материалом, обработкой и оценкой данных на ЭВМ посредством пакета прикладных программ STATGRAPHICS Plus, удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных зависимостей, а также проверкой полученных данных в реальных производственных условиях.

Практическая значимость. Результаты исследований позволяют: определять количество лесосечных отходов, которое необходимо использовать, чтобы повысить несущую способность почво-грунтов транспортных путей; увеличить объем вторичного сырья для промышленного использования; сократить затраты при строительстве хворостяной подушки; обосновать параметры увязки процесса по заготовке стволовой древесины и операций сбора лесосечных отходов для дальнейшей промышленной переработки в привязке к природно-производственным условиям; расширить базу данных для обоснования технических характеристик новых образцов техники проектируемой для сбора и транспортировки лесосечных отходов.

Место проведения. Работа выполнена на кафедре Технологии
и оборудования лесного комплекса Петрозаводского государственного университета (ПетрГУ), в условиях опытно-производственной базы
ПетрГУ в пос. Матросы, в сырьевой базе предприятий: ЗАО “Лесма”, ЗАО “ШуяЛес”, ЗАО “Лескарел”, ЗАО “Кондопожское лесопромышленное
хозяйство”, ОАО “Пудожпромлес”, АО “Запкареллес” (Республика Карелия); ООО “Северная лесопромышленная компания” (Республика Коми).

Реализация работы. Результаты исследований используются КарНИИЛПКом для обоснования новой техники и технологии, ряд положений по обоснованию использования лесосечных отходов включены
в программу развития лесопромышленного комплекса региона, выполненной КарНИИЛПКом по заказу правительства Республики Карелия. Положения, позволяющие проектировать лесосечные работы на основе рационального использования биомассы лесосечных отходов, включены в производственную деятельность ЗАО “Лесма”. Результаты исследований используются в учебном процессе и в дипломном проектировании на лесоинженерном факультете ПетрГУ.

Апробация работы. Основные результаты исследований обсуждались на научно-практической конференции “Структурная перестройка лесного комплекса Республики Карелия” (Петрозаводск, 2003); на межрегиональной научно-практической конференции “Исследования молодежи – экономике, производству, образованию” (Сыктывкар, 2004); на IV международной научно-технической конференции “Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике” (Петрозаводск, 2004); на всероссийской научно-технической конференции посвященной 75-летию УГЛТУ (Екатеринбург, 2005); на
6 международной конференции молодых ученых “Актуальные проблемы современной науки” (Самара, 2005); на 3 международной научно-практической конференции “Темпы и пропорции социально-экономи-
ческих процессов в регионах Севера” (Апатиты, 2005); на международной научно–практической конференции “Актуальные проблемы развития лесного комплекса” (Вологда, 2005); на научно-технических советах КарНИИЛПКа; на заседаниях кафедры Технологии и оборудования лесного комплекса (ПетрГУ).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
5 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и 6 приложений. Общий объем работы 187 с., в т. ч. 53 рис., 22 табл., 35 с. приложения. Список использованных источников содержит 153 наименования.

Содержание работы

Во введении определена актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи диссертации, основные положения, выносимые на защиту, а также представлена краткая характеристика работы.

В первом разделе проанализированы работы специалистов, посвященные проблеме функционирования транспортных систем в сложных почвенно-грунтовых условиях. Данной проблематикой занимались: Я. С. Агейкин, В. Ф. Бабков, В. М. Безрук, М. Г. Беккер, А. К. Бируля, И. И. Водяник, Б. А. Ильин, М. М. Корунов, И. П. Ксеневич, Б. И. Кувал-
дин, М. И. Ляско, В. М. Сиденко, В. А. Скотников в том числе проб-
лемы функционирования непосредственно лесотранспортных систем затронуты в работах: Г. М. Анисимова, С. М. Базарова, Ю. А. Бита, Б. М. Большакова, Н. Е. Высотина, Ю. Ю. Герасимова, В. А. Горбачевского, И. В. Григорьева, Г. А. Давыдкова, А. В. Жукова, Д. В. Клоко-
ва, В. М. Котикова, А. Н. Кочанова, А. В. Родионова, Э. О. Салми-
нена, В. И. Скрыпника, В. С. Сюнева, А. М. Цыпука, А. Ю. Шарова, Д. И. Шеховцева и др. Проблеме образования, особенностям пространственного распределения, заготовке и утилизации лесосечных отходов посвящены работы: М. И. Брика, С. Б. Васильева, С. И. Головкова, А. К. Горюнова, А. А. Иванчикова, Л. И. Качелкина, И. Ф. Коперина, В. В. Коробова, Л. В. Коротяева, Г. М. Михайлова, В. И. Найденова, В. И. Патякина, Е. К. Пашнина, А. В. Ростовцева, Н. П. Рушнова, Н. А. Серова, В. С. Суханова, И. Р. Шегельмана в том числе вопросы увязки основного технологического процесса и процесса по заготовке вторичного сырья решали: А. Ф. Булатов, Г. К. Виногоров, К. И. Воро-
ницын, О. Н. Галактионов, С. М. Гугелев, Б. В. Зоров, В. М. Логинов, Р. И. Томчук и др. Аспекты использования лесосечных отходов в качестве местного дорожно-строительного материала исследованы в работах: Н. П. Вырко, А. Ф. Герца, М. И. Котляра, А. Ф. Кулиничева, С. С. Макаревича, А. В. Мехренцева, А. Ф. Павлова, П. А. Протаса, А. П. Романькова, А. С. Федоренчика, В. И. Фролова и др.

Несмотря на многочисленные работы предшественников, задача остается актуальной так как: не акцентировано внимание на проблемах управления процессами образования лесосечных отходов в привязке
к аспектам функционирования лесных машин и направлений даль-
нейшего использования отходов, как вторичного сырья. В частности
не достаточно хорошо исследованы вопросы влияния особенностей основной технологической схемы на общее количество и распределение отходов по длине волоков при формировании хворостяной подушки.
В этой связи остается проблема снижения количества лесосечных отходов, используемых для укрепления первичных путей транспорта леса
и в целом снижения затрат на комплекс операций по формированию хворостяной подушки на основе увязки с основными лесосечными операциями. Кроме того, не достаточное внимание уделялось проблеме влияния состава оборудования и последовательности операций основной технологической схемы на процесс образования отходов на лесосеке (места образования, общее количество отходов, плотность отходов, потери).

Задачи исследований:

1. Разработать математические модели, позволяющие определять распределение проходов лесных машин по длине волоков при различных технологических схемах.

2. Математически описать распределение глубины колеи по длине волока при условии изменения рейсовой нагрузки трелевочно-транспортной системы и работе систем разного типа на волоке.

3. Провести экспериментальную проверку, разработанных теоретических положений.

4. Установить закономерности между основными факторами, влия-
ющими на деформацию почво-грунта в системе “движитель – почво-грунт” и количеством лесосечных отходов, требующихся для формирования хворостяной подушки, при условии сохранения работоспособности участка волока на протяжении всего цикла работ.

5. Исследовать работу машин на колесной и гусеничной базе из условия изменения количества лесосечных отходов по длине волока при формировании хворостяной подушки.

6. Исследовать специфику образования лесосечных отходов для типичных технологических схем, характерных для Республики Карелия. Исследовать эти технологические схемы в аспекте включения операций по формированию хворостяной подушки в основной технологический процесс лесосечных работ.

Второй раздел посвящен разработке математических моделей, позволяющих при различных технологических схемах определять особенности распределения проходов лесных машин по длине волока. Общее количество проходов для участка волока определяется как сумма проходов всех машин проезжающих по данному участку. Основное распределение проходов формируется при работе трелевочно-транспортных систем. Это распределение представляет собой совокупность чисел проходов и длин участков волока, на которые, соответственно, эти проходы приходятся:

, (1)

где – количество проходов трелевочно-транспортной системы для первого участка волока, шт.; – количество проходов трелевочно-транспортной системы, приходящееся на i-й участок волока, шт.; t – параметр, определяющий длину участка волока на которое приходится проходов, м; n – максимальное число участков длиной t, укладывающееся на всей длине волока, шт.; Lтр – максимальная длина трелевочного волока, м.

Зависимости для параметров модели (1) при описании процессов, происходящих на пасечных волоках:

; t = lп; ; ,

где lп – длина участка набора пачки, м; Li – расстояние от начала волока до i-го участка включительно, м, Li = Li-1 + lп, i = 1, 2 …n; – коэффициент, характеризующий технологические особенности разработки пасек (число лент на пасеке; количество возов трактора, укладывающихся в одной пачке деревьев); Nдоп = 2–4 – дополнительное число проходов на волоке, связанное с маневрами трактора при движении.

Зависимости для параметров модели (1) при описании процессов, происходящих на магистральных волоках:

– при одинаковой длине пасечных волоков

; t = B; n = k; ;

– при разной длине пасечных волоков

; t = B; n = k; ,

где k – общее количество пасечных волоков; B – расстояние между точками примыкания пасечных волоков к магистральному волоку.

Исследовано изменение распределения проходов в зависимости от технологической схемы и длины пасечных и магистральных волоков при lп=const (рис. 1). Выделена особенность при сортировке сорти-
ментов на пасечных волоках: при наборе и трелевке однотипных сортиментов для каждой сортировочной группы формируется свое распределение проходов по длине волока. Распределения для каждой сортировочной группы складываются и формируют результирующее распределение, в котором волок представляет собой совокупность участков набора пачки, длины которых не одинаковы, lп const (рис. 2).

Рис. 1. Распределение проходов для технологических схем: 1. бензопила + ТЛТ-100А (комлями); 2. бензопила + ТЛТ-100А (вершинами); 3. бензопила + ТБ-1М-15 (вершинами); 4. бензопила + ТБ-1М-15 (комлями); 5. John Deere 850 + John Deere 460D;
6. John Deere 1270 + John Deere 1010D.

Рис. 2. Схема распределения нагрузки по пасечному волоку (lпconst; 5 сортировочных групп; Vп = 10 м3; bп = 25 м; q = 240 м3/га).

В ходе экспериментальной проверки сравнивалось теоретическое количество участков набора пачки, укладывающееся на волоке и теоретическая длина участка набора пачки с данными, которые получаются
в реальных производственных условиях. Определено не более 5 %
волоков с отклонениями по количеству участков набора пачки. Отклонение фактической средней длины участка набора пачки составляет
не более 10 % от расчетного значения.

Вследствие распределения проходов по длине волока (пасечного
и магистрального) глубина колеи также будет изменяться по длине
волока. При моделировании распределения глубины колеи по волоку, необходимо учесть то, что трелевочно-транспортная система совершает движение, как в груженом состоянии (при этом изменяется коэффициент полнодревесности перевозимого груза), так и в порожнем. При движении с грузом давление движителя на грунт для современных
лесопромышленных тракторов при максимальной загрузке увеличи-
вается: для ТЛТ-100А, John Deere 460D в 1,4 раза; ТЛК 4-01 в 1,5 раза,
John Deere 1010D в 2 раза, ТБ-1М-15 в 1,6 раза. Опираясь на иссле-
дования профессоров СПбГЛТА – Г. М. Анисимова, Б. А. Ильина, Э. О. Салминена и др. обобщенную модель для определения глубины колеи произвольного участка волока представим в виде:

, (2)

если на одном волоке работает несколько типов машин, модель, для определения глубины колеи на участке волока при движении каждой следующей машины, представим в виде:

, (3)

где D – диаметр эквивалентного круга или ширина гусеницы, мм;
K – эмпирический коэффициент; E – модуль деформации грунта, МПа; Pм – давление порожней машины на грунт, МПа; Pг – увеличение давления машины за счет веса перевозимого груза, МПа; N – число проходов машины, (N = 1, 2,…, No); – наибольшее целое число, которое меньше или равно ; fN– функциональная зависимость глубины колеи от числа проходов для первого, второго, третьего типов грунта, при классификации по относительной влажности, соответственно ; ; ; k = r, r +1, …, n;
r – общее число проходов j-1 трелевочно-транспортной системы;
n – общее число проходов j-ой трелевочно-транспортной системы;
j = 1,2,…, s; s – общее количество трелевочно-транспортных систем, работающих на волоках.

Экспериментальная проверка показала, что предложенные модели (2), (3) адекватно описывают анализируемые процессы. В ходе эксперимента на волоках через одинаковые расстояния фиксировалась глубина колеи, рассчитывались средние значения глубины колеи на длинах во-
лока равных длинам участка набора пачки, эти значения сравнивались
с теоретическими данными. Экспериментальные и теоретические распределения глубины колеи для типичных условий представлены на рис. 3.

В третьем разделе приведены результаты комплексных исследо-
ваний взаимодействия движителя лесозаготовительной машины с лесным почво-грунтом, укрепленным лесосечными отходами. Дана оценка величины эмпирического коэффициента kз, характеризующего защитные свойства хворостяной подушки и определяемого как отношение деформации почво-грунта при движении лесозаготовительной машины по неукрепленному волоку к деформации почво-грунта при движении машины по укрепленному волоку. В работе на основе выполненных экспериментальных исследований установлена зависимость между коэффициентом kз и параметром V, где V – количество лесосечных отходов, укладываемых на единицу площади волока, кг/м2 (рис. 4). На основании корреляционного анализа связь между коэффициентом kз и параметром V описывается экспоненциальной зависимостью вида:

, (4)

где a, b – коэффициенты уравнения регрессии, при коэффициентах равных a = - 0,518759, b = 0,0710096, коэффициент корреляции равен 0,86.

Рис. 3. Исследование распределения глубины колеи по длине волока: Vп – грузоподъемность трактора, м3; bп – ширина участка набора пачки, м; q – запас древесины, м3/га; nл – число лент на пасеке; – экспериментальные значения;
+ – экспериментальные значения при влиянии случайных факторов; график средних значений глубины колеи вычисленных по частям экспериментального ряда данных; теоретическое распределение глубины колеи по длине волока.

Рис. 4. Изменение защитных свойств хворостяной подушки в зависимости
от количества отходов: – экспериментальные значения; сглаживающая кривая.

Как показали исследования, требуемое количество отходов при формировании хворостяной подушки по длине волока должно быть не одинаковым. Для оценки разницы в количестве отходов был поставлен полный факторный эксперимент. Факторы и уровни факторов: значения модуля деформации грунта E, МПа варьировались на уровнях: 1,5; 3; 5; 7,5 МПа; произведение давления машины на грунт P, МПа и диаметра эквивалентного круга D, мм – 14,4; 18,9; 93,3 Н/мм; количество проходов Nт – 10; 20; 50; 100. В процессе эксперимента решалась задача определения, требуемого количества отходов для укрепления участка волока, при условии, что деформация ездовой поверхности будет меньше клиренса лесозаготовительной машины. Регрессионная зависимость по определению количества отходов имеет вид:

, (5)

Для оценки влияния работы отдельных типов тракторов на общее количество отходов, укладываемое на волока, предлагается эмпирическая модель вида:

, (6)

где К1, К2 – коэффициенты уравнения регрессии; Nт – число проходов трелевочно-транспортной системы; Nгр – максимальное число проходов машины, при которых не требуется укреплять участок волока.

Модель построена на основе исследований тракторов на колесной
и гусеничной базе. Коэффициенты уравнения регрессии для типичных сочетаний факторов представлены в табл. 1. Значения опытных данных и сглаживающие кривые для модели представлены на рис. 5.

Таблица 1.

Значения коэффициентов уравнения регрессии
для зависимости V=V(Nт).

модуль деформации грунта, E=1,5 МПа					модуль деформации грунта, E=3 МПа
тип трактора	К1		К2	Nгр	тип трактора	К1	К2	Nгр
ТДТ-55А	4,3		8	6	ТДТ-55А	3	6,2	12
ТЛТ-100	3,3		6	6	ТЛТ-100	2,3	4,8	12
ТЛК 4-01	10,7		20	2	ТЛК 4-01	7,5	15,6	6
модуль деформации грунта, E=5 МПа					модуль деформации грунта, E=7,5 МПа
ТДТ-55А	-8	7		20	ТДТ-55А	-22,3	8,6	40
ТЛТ-100	-6	5,4		20	ТЛТ-100	-17	6,6	40
ТЛК 4-01	-20	17,7		15	ТЛК 4-01	-55,7	21,6	25

Рис. 5. Зависимость количества отходов, укладываемых на участок волока от проходов трелевочно-транспортных систем.

На рис. 6 представлено распределение отходов по волоку, в привязке к особенностям технологической схемы.

Рис. 6. Распределение отходов по волоку: 1 – в привязке к особенностям технологической схемы; 2 – традиционное.

Исследования показали, что распределение проходов по длине волока является определяющим фактором, который влияет на различие
в количестве лесосечных отходов, укладываемых на участки волоков. Характер защитных свойств хворостяной подушки позволяет на наиболее нагруженных участках формировать не сразу весь необходимый объем отходов, а добавляя отходы по мере их возникновения в соответствии с накопленными проходами.

В четвертом разделе представлены экспериментальные исследования процессов образования лесосечных отходов. Были выделены типичные для Республики Карелия технологические схемы, которые исследованы на предмет образования лесосечных отходов при фиксированных характеристиках древостоя. Установлено, что в зависимости от состава оборудования и последовательности операций основного технологического процесса изменяется:

• общий объем лесосечных отходов;
• плотность отходов на единицу площади лесосеки.

Плотность отходов по исследованным схемам подчиняется закону логнормального распределения. Анализ результатов натурных исследований осуществлялся с использованием средств пакета прикладных программ STATGRAPHICS Plus. Проверка проведена по критерию (рис. 7).

Рис. 7. Сравнительный анализ влияния состава оборудования и последовательности операций на плотность лесосечных отходов: 1. Бессистемное образование отходов; 2. Валка + ручная обрубка сучьев + трелевка хлыстов вершинами вперед; 3. Валка, обрезка сучьев, сбор сучьев в кучи + трелевка хлыстов комлями вперед + раскряжевка; 4. Валка + трелевка деревьев комлями вперед + обрезка сучьев, раскряжевка; 5. Валка, обрезка сучьев, раскряжевка бензопилой + трелевка сортиментов; 6. Машинная валка, обрезка сучьев, раскряжевка + трелевка сортиментов; 7. Машинная валка, пакетирование + трелевка деревьев + машинная обрезка сучьев.

На рис. 7 приведены данные средней плотности отходов по исследованным схемам относительно их бессистемного образования, если плотность отходов при бессистемном образовании принять за единицу. Наибольшая плотность достигается в схеме 4, наименьшая – в схеме 1. Средняя плотность отходов существенным образом влияет на производительность подборщиков сучьев и рассматривается как основной параметр при увязке процессов по заготовке стволовой древесины и заготовке вторичного сырья в сквозной технологический процесс заготовки биомассы дерева.

В пятом разделе рассматриваются аспекты включения операций
по формированию хворостяной подушки в основной процесс. Проведен анализ изменения производительности подборщика сучьев при укладке хворостяной подушки по исследованным вариантам образования лесосечных отходов в зависимости от длины участков волоков, требующих укрепления.

Выделены параметры, которые характеризуют особенности основной технологической схемы по образованию лесосечных отходов в структуре производительности подборщика сучьев: lср – среднее расстояние трелевки лесосечных отходов, м; N – число рабочих стоянок; зах – коэффициент использования емкости захвата манипулятора; K – коэффициент уменьшения расчетной производительности.

Значения зах, N, lср, K для исследованных схем представлены
в табл. 2.

Таблица 2

Значения параметров для технологических схем

Схема	1	2	3	5	6	4	7
N	5	5	2	2	3	1	1
	0,045	0,1	1	0,43	0,21	1	1
lср	а1(0, аmax); а1+L1 250 м, аmax=50, 125, 200 м L1 = 25, 50, …, (250 - amax)					а1(0, 200);; b1 = 100; 250; 500; 800 м
K	1					0,85

В табл. 2 L1 – максимальная длина участка пасечного волока, где формируется воз подборщика сучьев при укреплении магистрального волока, м; a1 – максимальная длина пасечного волока, требующая формирования хворостяной подушки, м; для схем 4, 7, выражение для lср принято на основе исследований проф. В. Г. Кочегарова; b1 – длина магистрального волока; k1, k2 – коэффициенты, зависящие от схемы расположения волоков; k0 – коэффициент, учитывающий увеличение расстояния трелевки по отношению к расчетному (k0 = 1,1…1,2). Производительность подборщика сучьев для схем представлена на рис. 8.

Рис. 8. Графики изменения производительности подборщика сучьев при укреплении волоков: для схем 4,7 параллельная схема размещения волоков; диагональная схема размещения волоков.

Основные выводы и рекомендации

1. Установлено, что резерв повышения функциональных возможностей лесосечных машин лежит в управлении процессом образования лесосечных отходов, рассматриваемых как сырье для промышленного использования.

2. В качестве оценочных показателей повышения функциональных возможностей лесосечных машин целесообразно использовать: количество отходов, используемых для укрепления волоков и производительность машин, используемых на укладке хворостяной подушки.

3. Разработаны модели (1), (2), (3), (5), (6), которые позволяют связать особенности основной технологической схемы и взаимодействие движителя лесной машины с почво-грунтом с количеством отходов, укладываемых на волока. В качестве критерия, определяющего особенности основной технологической схемы, предлагается распределение проходов по длине волоков, в качестве критерия определяющего особенности взаимодействия лесной машины с почво-грунтом предлагается распределение глубины колеи по длине волоков.

4. Отклонения теоретических расчетов от данных полученных экспериментальным путем составляет: по глубине колеи не более 6,4 %; по длине участка набора пачки и количеству участков, укладывающихся на волоке не более 10% и 5%, соответственно.

5. При коэффициенте уплотнения сучьев, находящихся в насыпном состоянии, равном 2,2–2,5 толщина хворостяной подушки при прочих равных условиях по длине магистрального волока для грунтов 3–4 группы при L = 800 м изменяется: для схем 1, 2, 3, 4 (рис. 1) в пределах 0,11–0,23 м, для схемы 5 – 0,33–0,52 м, для схемы 6 – 0,28–0,52 м.

6. Для машин с гусеничным движителем для обеспечения работоспособности волока при формировании хворостяной подушки требуется в 1,8–1,94 раза меньше количества отходов, по сравнению с колесными машинами.

7. Сокращение лесосечных отходов при формировании хворостяной подушки с учетом распределения проходов по волоку, составляет: для схем 1, 2, 3, 4 (рис. 1) с 60 % от общего объема отходов до 21–23%; для схемы 5 – с 60 % до 48 %; для схемы 6 – с 95 % до 42 %.

8. Хронометражные наблюдения показали, что средняя скорость движения трелевочных тракторов по неукрепленному волоку на 15–20 % ниже, чем при движении по укрепленному волоку. Укрепление волоков обеспечивает снижение удельных приведенных затрат до 1,5–2,5 % для схем 1, 2, 6 (рис. 1), до 5 % для схемы 3, 4. Для схемы 5 рекомендуется укреплять подборщиком сучьев только магистральный волок, тогда снижение удельных приведенных затрат составляет 3 %.

9. Увеличение количества лесосечных отходов для промышленной переработки снимаемого с одной лесосеки обеспечивает снижение себестоимости производства топливной щепы (за счет сокращения перебазировок оборудования и снижения среднего расстояния вывозки щепы) от 2–5 % до 18 %.

10. В качестве основного критерия, характеризующего процесс образования и распределения отходов по лесосеке, предлагается плотность отходов (количество отходов на единицу площади лесосеки (рис. 7)).

11. Необходимо увязывать особенности образования лесосечных отходов в ходе основных операций лесосечных работ с операциями
по формированию хворостяной подушки и длинами участков волоков, требующих укрепления. Это позволяет увеличить производительность машин на укладке от 1,5 до 3,5 раз при повышении плотности отходов
и до 60 % при изменении среднего расстояния трелевки отходов.

12. Рекомендуется: при средней длине укрепления пасечного волока свыше 140 м использовать технологические процессы с образованием лесосечных отходов на верхнем складе. При длине укрепления пасечного волока до 100 м предпочтительны схемы с образованием отходов на пасеках и волоках с включением в основной процесс операций сбора отходов в кучи; аналогичные процессы рекомендуется использовать при длине магистрального волока свыше 600 м.

Основное содержание диссертации
опубликовано в работах:

1. Пискунов М. А. Определение числа проходов трелевочного трактора / Исследования молодежи – экономике, производству, образованию: Межрегиональная науч-практ. конф. Сб. материалов в 2-х т: Т. 1. Сыктывкар: Сыктывкарский лесной институт, 2004. C. 193–197.

2. Пискунов М. А., Галактионов О. Н. Обследование мест рубок. ПетрГУ: Петрозаводск, рук. деп. в ВИНИТИ 06.12.2004, №1929-В2004. 11 с.

3. Пискунов М. А., Галактионов О. Н. К вопросу обоснования объема лесосечных отходов необходимого для укрепления первичных
путей транспорта леса. ПетрГУ: Петрозаводск, рук. деп. в ВИНИТИ 06.12.2004, №1930-В2004. 11 с.

4. Пискунов М. А., Галактионов О. Н. Теоретическое исследование нагруженности волоков. ПетрГУ: Петрозаводск, рук. деп. в ВИНИТИ 06.12.2004, №1931-В2004. 9 с.

5. Пискунов М. А., Галактионов О. Н. Исследование специфики образования лесосечных отходов / Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Материалы межд. науч-практ. конф. Вологда: ВоГТУ, 2005. C. 52–54.

6. Пискунов М. А., Галактионов О. Н. Процесс лесозаготовок и образование лесосечных отходов / Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. Вып. 6. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2005. С. 23–25.

7. Пискунов М. А. Моделирование работы трелевочно-транспортных систем на волоке с учетом изменения их рейсовой нагрузки при каж-
дом проходе. ПетрГУ: Петрозаводск, рук. деп. в ВИНИТИ 21.11.2005, №1517-В2005. 15 с.

8. Пискунов М. А., Скрыпник В. И. Прогрессивная система оплаты труда вальщиков при сортиментной заготовке леса. ПетрГУ: Петрозаводск, рук. деп. в ВИНИТИ 21.11.2005, № 1518-В2005. 10 с.

9. Пискунов М. А., Галактионов О. Н. Характеристики древостоя
и нагруженность транспортной сети лесосеки / Актуальные проблемы современной науки: Тр. 1-го межд. форума. Естественные науки. Ч. 23–26. Самара. 2005. С. 31–34.

В том числе тезисы и материалы конференций:

1. Пискунов М. А. Исследование эффективности производства сортиментов на лесосеке / Структурная перестройка лесного комплекса Республики Карелия: Материалы респ. науч-практ. конф. Петрозаводск: КарНИИЛПК, 2003. С. 27.

2. Пискунов М. А., Галактионов О. Н. Влияние природных и производственных факторов на нагруженность пасечных и магистральных волоков / Использование GPS для повышения качества управления транспортно-технологическими процессами в ЛПК: Материалы науч-практ. семинара. СПб.: СПбГЛТА, 2004. С. 40.

3. Пискунов М. А., Галактионов О. Н. Исследование процесса взаимодействия лесных машин с волоками при хлыстовой технологии лесозаготовок / Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике: Материалы IV межд. науч-техн. конф. Петрозаводск: ПетрГУ, 2004. С. 84.

4. Пискунов М. А. Лесосечные отходы и укрепление волоков /
Материалы всероссийской науч-техн. конф. для аспирантов посвящ. 75-летию УГЛТУ. Екатеринбург: УГЛТУ, 2005. С. 157–158.

5. Пискунов М. А., Галактионов О. Н., Лукашевич В. М. Экономические и технологические аспекты организации подготовительных работ на лесозаготовках / Темпы и пропорции социально-экономических процессов в регионах Севера: Тез. докл. 3 межд. науч-практ. конф. Том 1. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра, 2005. С. 123.

6. Пискунов М. А. Аналитическое описание взаимодействия движителя лесозаготовительной машины с волоком при заготовке хлыстов
и сортиментов / Инвестиционный климат и предпринимательство в регионах России: Материалы респ. науч-практ. конф. Петрозаводск: КРИА, 2005. С. 17.

Подписано в печать 15.09.06. Формат 60x84 1/16.

Бумага офсетная.

Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Изд. № 205.

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Типография Издательства ПетрГУ

185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33