Настоящая статья является продолжением публикации «Пути снижения сезонного характера лесозаготовок» (https://zen.yandex.ru/media/id/6012aea54b0cec447d80281b/puti-snijeniia-sezonnogo-haraktera-lesozagotovok-609a2df055f6b84138bb1334)
О механизме колееобразования при разработке лесосек с переувлажнёнными грунтами
В процессе работы на лесосеках с переувлажнёнными грунтами трелёвочная машина, совершающая многократно возвратно-поступательные перемещения по трелёвочному волоку, выполняет две работы: полезную работу по транспортировке древесины, а также работу по разрушению грунта и преодолению сопротивления разрушенного грунта перемещению машины с грузом. В периоды распутицы вторая работа по величине часто превосходит полезную. Прочностные и силовые параметры трелёвочных машин рассчитываются с учётом возможности выполнения работы, связанной с разрушением грунта и преодолением сопротивления разрушенного грунта. Поэтому машины используют всё более мощные силовые установки, становятся всё более тяжёлыми и дорогими.
Колееобразование приводит к снижению рейсовых нагрузок, скорости движения, производительности машин, их преждевременному износу, невозможности выполнения работы при достижении глубины колеи величины дорожного просвета (клиренса) трелёвочной машины. Средний ресурс отечественного гусеничного трелёвочного трактора составлял 4 года. За это время у него капитально ремонтировался двигатель и неоднократно заменялись гусеницы.
На рисунке показана схема распределения сил, передаваемых движителем гусеничного трелёвочного трактора с пачкой деревьев на грунт при движении по равнинной лесосеке.
На грунт лесосеки при движении трактора в грузовом направлении через его движитель действуют две силы, которые приложены под центром тяжести трактора с пачкой деревьев.
Нормальная сила Р равна сумме массы трелёвочного устройства и части массы пачки деревьев, приходящейся на ходовую часть трактора. Эта сила уплотняет грунт. Касательная F равна силе сопротивления движению трактора с пачкой деревьев, складывающейся из силы сопротивления движению движителя трактора и силы трения волочащейся по земле части пачки деревьев. Именно касательная сила F приводит к разрушению грунта лесосеки.
При работе трактора на переувлажнённой лесосеке сила F превосходит силу сопротивления сдвигу грунта лесосеки грунтозацепами трактора, особенно в моменты трогания трелёвочного трактора с места, преодоления различных препятствий в виде корней, пней или стволов деревьев, изменения направления движения трактора. Грунтозацепы движителя трактора сдвигают находящиеся между ними участки грунта, сдирая сначала дерновой слой (подстилку), а затем, при следующих проходах трактора по тому же месту, сдвигают следующие слои грунта, увеличивая колею. При этом в колею стекает вода с соседних участков грунта, разрушенный слой грунта перемешивается с водой, образуя суспензию, которая проникает в шарнирные соединения гусеничного движителя, ускоряя его износ. Увеличивающаяся влажность грунта колеи еще более снижает его сопротивление сдвигу, в результате чего интенсивность колееобразования увеличивается, особенно при пробуксовках. Крона и стволы деревьев в процессе трелёвки загрязняются грунтом лесосеки. По мере подсыхания грунта вязкость и липкость водно-грунтовой суспензии в колее увеличиваются, в результате чего сопротивление перемещению трелёвочного трактора также растёт, что приводит к перегрузке силовой установки трактора и увеличению загрязнения древесины. Наличие глубоких колей на лесосеке ухудшает её микрорельеф и может явиться причиной эрозии почвы. Когда глубина колеи достигает величины дорожного просвета трактора, его работа становится невозможной. Выше сказанное справедливо для колёсных трелёвочных тракторов и форвардеров.
В настоящее время основным параметром, который закладывается в характеристику трелёвочной машины в качестве фактора, влияющего на проходимость трелёвочной машины, является удельное давление на грунт. Между тем колея, образующаяся под действием нормальной силы при движении по твёрдому грунту, не увеличивает сопротивления движению. При движении по слабонесущим грунтам определяющей является касательная составляющая, исключить или регламентировать которую не удаётся. Таким образом, при создании оборудования, способного устранить сезонный характер лесосечных работ, необходимо исключить касательную силу F.
Исключение касательной силы F возможно при использовании на трелёвке лебёдочных (канатных) установок. В 60-е годы прошлого века лебёдочными установками в стране заготавливалось около 17 % общего объёма древесины. На предприятиях лесной промышленности насчитывалось более 10 тысяч трелёвочных лебёдок.
Применение лебёдочных установок при освоении равнинных лесосек с переувлажнёнными грунтами обеспечивало стабильность лесосечных работ во все периоды года. Отпадала необходимость создания запасов древесины на периоды распутицы. Снижался расход горюче-смазочных материалов, поскольку практически вся энергия трелёвочного механизма тратилась на перемещение полезного груза – древесины. Крона деревьев не загрязнялась грунтом лесосеки и была пригодна для полезного использования не только в качестве топлива, но и в производстве древесных плит как добавка к щепе из стволовой древесины. Отечественной практикой было доказано, что ресурс лебёдок в 3...4 раза превышал ресурс трелёвочного трактора.
Сокращение, а затем и прекращение применения лебёдочных установок на трелёвке древесины напрямую связано с начинавшимся в нашей стране в семидесятые годы прошлого столетия процессом машинизации лесосечных работ, поскольку машины для лесосечных работ создавались на базе трелёвочных тракторов. Применявшаяся в то время в стране система льготного кредитования лесозаготовительных предприятий под межсезонные запасы древесины не стимулировала устранение сезонного характера лесозаготовок. Поэтому постепенно лебёдки были вытеснены бесчокерными трелёвочными и валочно-трелёвочными машинами.
Оценивая произошедшее, следует признать, что была допущена серьёзная ошибка: технологию лесозаготовок лебёдками следовало совершенствовать. Её можно было и следовало приспособить к машинным способам заготовки древесины.
Предлагаемая для реализации технология трелёвки древесины на лесосеках со слабыми переувлажнёнными грунтами
Основными недостатками известных лебёдочных (канатных) установок является высокая трудоёмкость монтажных работ и наличие ручного труда, связанного с чокеровкой и отцепкой стрелёванных деревьев. В настоящей работе предлагается решить следующие задачи:
- адаптировать лебёдочные установки к современным машинным технологиям заготовки древесины;
- устранить ручной труд при трелёвке древесины лебёдочными установками, минимизировать трудоёмкость монтажных работ.
Для устранения силы F трелёвочную машину предлагается перемещать по лесосеке в грузовом и порожнем направлениях посредством двух гидрофицированных лебёдочных барабанов, установленных в корпусе машины. Тросоёмкость барабанов рассчитана на разработку стандартной лесосеки 250 × 250 м. Таким образом, трелёвочная машина будет представлять собой мобильную лебедочную (канатную) установку – трелёвочную машину с канатным приводом или, другими словами, с «пассивным» движителем.
С канатным приводом может быть создана целая гамма машин по аналогии с существующими машинами, которые в настоящее время нашли широкое применение на лесосечных работах: бесчокерные трелёвочные машины с гидроманипуляторами, бесчокерные трелёвочные машины с пачковыми захватами, валочно-трелёвочные машины. Технология заготовки древесины машинами с канатным приводом практически ничем не будет отличаться от технологии работы традиционных машин. Технологическая схема работы валочно-трелёвочной машины с канатным приводом приведена на рисунке.
Принципиальным отличием трелёвочной установки с канатным приводом от всех ранее известных является также то, что она располагается на лесосеке в непосредственной близости от предмета труда – растущего дерева, что максимально упрощает выполнение технологических операций. Однако обеспечение канатными приводами существующих трелёвочных, валочно-трелёвочных машин или форвардеров не рационально. Их масса (и цена) очень велика, поскольку они создавались с учётом выполнения работы по разрушению грунта, а также преодолению сопротивления разрушенного грунта движению машины.
Машина, созданная специально для работы с канатным приводом, может быть существенно менее металлоёмка, а, следовательно, дешевле традиционной. Общий вид колесной и гусеничной трелёвочной машины с канатным приводом приведён на рисунках.
Машина с канатным приводом может применяться для заготовки древесины и в горных условиях.
Предлагаемая для разработки технология имеет следующие преимущества перед широко распространенными традиционными машинными технологиями заготовки древесины и лебёдочными (канатными) системами:
1. Технология заготовки древесины машинами с канатным приводом позволяет полностью машинизировать лесосечные работы по аналогии со всеми технологиями, которые в настоящее время применяются с использованием традиционных лесосечных машин.
2. К минимуму сводятся монтажные работы, присущие всем известным канатным системам.
3. Работа по заготовке древесины предлагаемой машиной с канатным приводом существенно упрощается за счет приближения оператора (машиниста) к объекту заготовки (дереву) и совмещения работы по управлению машиной с другими технологическими операциями, включая валку деревьев или сбор поваленных деревьев.
4. Машина с канатным приводом будет иметь значительно более лёгкие металлоконструкции, меньшую мощность двигателя и расход топлива, повышенный ресурс и меньшую цену по сравнению с традиционными машинами для лесосечных работ на равнинных лесосеках, поскольку при канатном приводе исключается работа по разрушению грунта лесосеки, колееобразованию и преодолению сопротивления разрушенного грунта при движении по глубокой колее, которая в периоды распутицы часто значительно превышают полезную работу по трелёвке древесины.
Предложение по технологии лесозаготовок машинами с канатным приводом, исключающей строительство лесовозных усов
Заготовка древесины в древостоях, расположенных на грунтах с низкой несущей способностью, требует строительства временных лесовозных дорог – усов для освоения лесосек, расположенных вдали от магистралей и веток лесовозных дорог. Лесовозные усы строятся на время освоения лесосек, впоследствии не используются и разбираются. Для строительства усов в массиве леса намечается и разрубается трасса, ведущая к делянке, отведенной в рубку. В Советский период при строительстве уса на местности, имеющей переувлажненные грунты, на трассе укладывалось верхнее строение уса, состоящее из поперечных и продольных лаг из хлыстов и бревен, а также инвентарных деревянных щитов из двукантного бруса. В настоящее время практикуется упрощённая технология строительства усов путём укладки брёвен сплошной щетью (лежнёвка). На один километр уса расходуется до 1 тыс. куб. метров древесины. Читайте https://zen.yandex.ru/media/sevprostor/diko-rastochitelnaia-beskonechnaia-lejnevka-pishut-ih-seichas-redko-delaiut-no-vot-u-nas-tut-novaia-doroga-v-lesu-609cf1969be82c4728ce6669
Строительство усов – дорогая операция, значительно увеличивающая затраты на заготовку древесины. Таким образом, разработка технологии лесозаготовок, позволяющей снизить затраты за счет отказа от строительства лесовозных усов, является актуальной.
С созданием трелевочных машин с канатным приводом появляется возможность разработки технологии лесозаготовок, исключающей строительство временных лесовозных дорог (усов).
Следует отметить, что за рубежом известны примеры транспортировки древесины лебедочными (канатными) установками на значительные расстояния. Транспортировка древесины производится в полуподвешенном положении. Такие лебедочные установки имеют несущий канат, головную и тыловую мачты, а также ряд промежуточных мачт, количество которых зависит от расстояния трелевки.
Выполненный анализ показал, что в качестве базовой машины для реализации технологии лесозаготовок, исключающей строительство усов, целесообразно взять валочно-пакетирующую машину, например, ЛП-19. На базе ВПМ ЛП-19 уже создан погрузчик хлыстов (деревьев) на лесовозные автопоезда путём оснащения её грейферным захватом вместо захватно-срезающего устройства. В настоящее время ЛП-19 с грейферным захватом вполне заслуженно считается лучшим механизмом для подсортировки и погрузки хлыстов и деревьев на лесовозные автопоезда.
На базе такого погрузчика предлагается создать лебёдочную трелёвочно-погрузочную машину для перемещения трелёвочной машины с «пассивным» движителем.
Лебёдочная трелёвочно-погрузочная машина представляет собой ВПМ ЛП-19 с грейферным захватом, к передней части шасси которой шарнирно закреплён кронштейн, на котором смонтированы грузовой и холостой барабаны лебёдки с гидроприводом от насосной станции ВПМ. Тросоёмкость барабанов может достигать 1 000 – 1500 м. Общий вид лебёдочной трелёвочно-погрузочной машины приведён на рисунке.
Предлагаемая технология транспортировки древесины деревьями (хлыстами) с использованием трелёвочных машин с канатным приводом не требует мачт, за счет чего лесозаготовительный процесс значительно удешевляется. Технологическая схема освоения лесосек на базе тросовых трелевочных установок, исключающая строительство лесовозных усов, приведена на рисунке.
На технологической схеме приведены три варианта трелёвки деревьев к трассе лесовозного уса. В первом варианте валка деревьев производится вальщиком 11 посредством бензиномоторной пилы, трелёвка деревьев к трассе лесовозного уса производится бесчокерной трелёвочной машиной 12 с канатным приводом. Во втором варианте валка и трелёвка деревьев к трассе лесовозного уса производится валочно-трелёвочной машиной 13 с канатным приводом. В третьем варианте валка деревьев производится валочно-пакетирующей машиной 14, трелёвка пачек деревьев к трассе лесовозного уса производится трелёвочной машиной 15 с канатным приводом, оснащенной групповым (пачковым) захватом.
Освоение лесосек осуществляется по пасечной технологии в соответствии с типовыми схемами. В процессе трелёвки пачки деревьев укладываются комлями в непосредственной близости у трассы лесовозного уса. Может создаваться запас пачек хлыстов так, чтобы исключить жесткую связь процесса трелевки древесины тракторами и доставки ее по трассе лесовозного уса с лесосеки до погрузочного пункта, расположенного у ветки лесовозной дороги.
Доставка деревьев, стрелёванных к трассе лесовозного уса, на погрузочную площадку производится лебёдочной трелёвочно-погрузочной машиной на базе ВПМ ЛП-19 с грейферным захватом.
Лебёдочная трелёвочно-погрузочная машина 4 размещается на погрузочной площадке у ветки лесовозной дороги в створе трассы лесовозного уса. Грузовой и холостой канаты лебёдки прокладываются вдоль трассы лесовозного уса параллельно друг другу и подсоединяются к передней и задней частям бесчокерной трелёвочной машины 9 с канатным приводом, у которой демонтированы барабаны канатного привода. Посредством холостого и грузового канатов лебёдки трелёвочная машина перемещается по трассе лесовозного уса от трелёвочно-погрузочной машины до блока 7 и обратно. Набрав с помощью гидроманипулятора в коник пачку деревьев, трелёвочная машина доставляет её в зону действия гидроманипулятора лебёдочной трелёвочно-погрузочной машины и возвращается на лесосеку за очередной пачкой деревьев. Лебёдочная трелёвочно-погрузочная 4 машина посредством гидроманипулятора с грейферным захватом 5 при необходимости может рассортировать деревья пачки 17, укладывая их веером в пачки 18 в зоне действия гидроманипулятора, или погрузить их на лесовозный автопоезд 19.
Подводя итог изложенному, следует отметить, что глобальное потепление происходит неуклонно и достаточно быстро. Поэтому проблема заготовки древесины на слабых переувлажнённых грунтах требует срочного решения.
Надеюсь на активное обсуждение предложенного проекта. Буду рад найти партнёров для его реализации. E-mail для контактов Lav_39@mail.ru.
Также надеюсь, что настоящая статья явится побудительным мотивом разработки новых проектов, способных устранить сезонный характер лесозаготовок.
В следующей статье будут предложены меры, направленные на решение проблем лесной транспортной инфраструктуры.
Не забудьте подписаться на канал, чтобы не пропустить очередную статью.
Читайте ранее опубликованные статьи:
Лесному комплексу нужен современный Орлов
https://zen.yandex.ru/media/id/6012aea54b0cec447d80281b/lesnomu-kompleksu-nujen-sovremennyi-orlov-6016f970d3c91450c6eaaf14
О стратегии развития лесопромышленного комплекса
https://zen.yandex.ru/media/id/6012aea54b0cec447d80281b/o-strategii-razvitiia-lesopromyshlennogo-kompleksa-60292750331cb763523e8faf
Энергетика на древесном топливе – мощный фактор развития лесопромышленного комплекса
https://zen.yandex.ru/media/id/6012aea54b0cec447d80281b/energetika-na-drevesnom-toplive--moscnyi-faktor-razvitiia-lesopromyshlennogo-kompleksa-60324446bd729c71d17cf691
О науке лесопромышленного комплекса
https://zen.yandex.ru/media/id/6012aea54b0cec447d80281b/o-nauke-lesopromyshlennogo-kompleksa-603dd9a66bbac837cd3d7b72
О совершенствовании системы лесных отношений и структуры лесозаготовительной промышленности
https://zen.yandex.ru/media/id/6012aea54b0cec447d80281b/o-sovershenstvovanii-sistemy-lesnyh-otnoshenii-i-struktury-lesozagotovitelnoi-promyshlennosti-604b12a847ab354532ba6627
Возродить Крестецкий леспромхоз
https://zen.yandex.ru/media/id/6012aea54b0cec447d80281b/vozrodit-kresteckii-lespromhoz-60575fd6038eb86b10603ddd
Обустроить одноэтажную Россию
https://zen.yandex.ru/media/id/6012aea54b0cec447d80281b/obustroit-odnoetajnuiu-rossiiu-deviz-razvitiia-lesopromyshlennogo-kompleksa-na-blijaishuiu-perspektivu-605ee78896354e3b8af410fb
Сортиментная технология эффективнее хлыстовой?
https://zen.yandex.ru/media/id/6012aea54b0cec447d80281b/sortimentnaia-tehnologiia-effektivnee-hlystovoi-606a81caa773600090bb81ea
О сезонном характере лесозаготовок
https://zen.yandex.ru/media/id/6012aea54b0cec447d80281b/o-sezonnom-haraktere-lesozagotovok-6075352dc2e03035ade411d1
Пути снижения сезонного характера лесозаготовок
https://zen.yandex.ru/media/id/6012aea54b0cec447d80281b/puti-snijeniia-sezonnogo-haraktera-lesozagotovok-609a2df055f6b84138bb1334