Сохранение подроста и синхронизация машин в системе "Харвестер – Форвардер"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сохранение подроста и синхронизация машин в системе "Харвестер - Форвардер"

Якимович С.Б.,

Тетерина М.А.

(УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ)

Результаты проведенных промышленных экспериментов [1,2] свидетельствуют, что несогласованность по производительности транспортных и обрабатывающих машин в системах для заготовки сортиментов достигает 60%. При этом единовременная потребность в таких комплектах для России составляет около 4000 шт., а стоимость одного комплекта примерно 25 млн. рублей. Изложенное подтверждает недостаточную эффективность применяемых отраслевых методик рационального комплектования систем, в соответствии с которыми согласование машин по производительности (синхронизация) выполняется посредством управления целочисленными переменными - количеством машин, коэффициентом сменности. Кроме того, методики, обеспечивающие одновременно синхронизацию машин и сохранение продуктивности лесной среды, отсутствуют. транспортный лесной подрост

Управление схемами и приемами работы машин в лесозаготовительных системах обеспечивает сохранение продуктивности лесной среды, а также определяет их производительность. В связи с изложенным, разработан новый способ заготовки сортиментов [3], обеспечивающий синхронизацию машин и сохранение подроста. Для оценки эффективности способа выполнены опытно-промышленные рубки [4].

Условия и методика оценки эффективности нового способа заготовки сортиментов

Экспериментальная оценка эффективности нового способа заготовки сортиментов выполнена в июле 2011 г. на территории Акчимского участкового лесничества ГКУ «Вайское лесничество» на базе арендуемых лесных участков (квартал 240, делянка №5, выдел 7, площадь 24,4 га) и парка машин (харвестер John Deer 1270, форвардер John Deer 1410, операторы с опытом работы 3 года) ОАО «Соликамскбумпром» в следующих природно-производственных условиях: состав древостоя 4Е1П2Е2П1Б+К, запас 150 м3/га, уклон 5є, ширина волоков 5 м.

Заготовка сортиментов выполнялась традиционным (рис.1) и патентно защищенным способами (рис.2,3). При заготовке сортиментов традиционным способом поваленное дерево размещалось в направлении, перпендикулярном оси волока. При этом порубочные остатки располагались как на волоке, так и на пасеке в зоне размещения кроны поваленного дерева. Заготовка сортиментов патентно защищенным способом осуществлялась следующим образом. Харвестер 1 выполнял валку деревьев 3 вперёд (рис.2а) или назад (рис. 3а) под углом к волоку 2, обеспечивающим направленную валку вершиной на волок. Кроме того, при валке комлевая часть дерева поднималась над землей манипулятором 4 харвестера. После валки поднятая над землей комлевая часть поваленного дерева 5 переносилась к волоку (рис. 2б, 3б) таким образом, чтобы обеспечить компактное расположение сортиментов в пачках 7 за пределами куртин подроста 6. В том случае если переноса комлевой части поваленного дерева по направлению к волоку было не достаточно для соблюдения указанных условий, осуществлялся переезд харвестера и подтаскивание дерева вдоль волока. Затем выполнялась обрезка сучьев и раскряжевка. При этом сучья и вершины 8 располагались на волоке (рис. 2б, 3б).

Рис. 1. Технологическая схема заготовки сортиментов традиционным способом: 1 - харвестер; 2 - волок; 3 - стоящие деревья; 4 - сортименты; 5 - поваленное дерево; 6 - подрост; 7 - порубочные остатки

а б

Рис. 2. Технологическая схема заготовки сортиментов способом по патенту РФ № 2365093 (а - валка стоящего перед машиной дерева, б - обрезка сучьев и раскряжевка дерева, поваленного на расположенную перед машиной часть волока): 1 - харвестер; 2 - волок; 3 - стоящие деревья; 4 - манипулятор харвестера; 5 - поваленное дерево; 6 - куртины подроста; 7 - пачки сортиментов; 8 - порубочные остатки

а б

Рис. 3. Технологическая схема заготовки сортиментов способом по патенту РФ № 2365093 (а - валка стоящего за машиной дерева; б - обрезка сучьев и раскряжевки дерева, поваленного на расположенную за машиной часть волока): 1 - харвестер; 2 - волок; 3 - стоящие деревья; 4 - манипулятор харвестера; 5 - поваленное дерево; 6 - куртины подроста; 7 - пачки сортиментов; 8 - порубочные остатки

С целью количественной оценки эффективности мер по сохранению подроста при заготовке сортиментов описанными способами выполнено обследование естественного возобновления леса под пологом и после рубки [4]. Учет естественного возобновления проводился глазомерно-измерительным способом [5]. Обследование проводилось на прямоугольных пробных площадках размером 20 м2 (длина 5 м, ширина 4 м). Под пологом леса учет выполнен на 32 пробных площадках, после рубки по традиционному способу - на 30 площадках, по патентно защищенному - на 28. В связи с тем, что сохранение подроста на волоках не возможно, также выполнена оценка количества и сохранности подроста на пасеках.

Исследование синхронизации машин в системе при работе по указанным способам реализовано по методике активного эксперимента. В качестве факторов рассматривались расстояние трелевки L, м и рейсовая нагрузка форвардера Q, шт., в качестве отклика - процент простоев машин в системе P. Для анализа зависимости между откликом и факторами использована модель второго порядка и соответствующий центральный ротатабельный композиционный план [4]. Фиксирование соответствующих случайных параметров технологического процесса выполнено на основе показаний информационной системы Timbermatic харвестера и TMC форвардера.

Результаты обследования естественного возобновления леса

Результаты обследования естественного возобновления под пологом леса и после заготовки древесины традиционным и патентно защищенным способами, представленные в табл. 1, свидетельствуют о среднем по густоте [5] лесовозобновлении как под пологом (4,6 тыс.шт./га), так и после заготовки сортиментов способом по патенту (2,9 тыс.шт./га). После заготовки традиционным способом сохраняется редкое лесовозобновление (1,7 тыс.шт./га). Среднее по густоте возобновление хвойных пород (3,5 тыс.шт./га) сохраняется также после заготовки патентно защищенным способом (2,8 тыс.шт./га), после заготовки традиционным способом возобновление хвойных пород классифицируется как редкое (1,3 тыс.шт./га). Доля жизнеспособного подроста в общем количестве хвойного подроста под пологом леса составила 70% (3,5 тыс.шт./га при количестве хвойного подроста 5 тыс.шт./га). После рубки по традиционной технологии жизнеспособный подрост составил 62% (1,3 тыс.шт./га при количестве хвойного подроста 2,1 тыс.шт./га), после рубки по патентно защищенному способу - 72% (2,8 тыс.шт./га при количестве хвойного подроста 3,9 тыс.шт./га).

В соответствии с «Правилами лесовосстановления» [5] для условий Северо-Уральского района характеристика сохраненного подроста после заготовки сортиментов патентно защищенным способом (количество жизнеспособного подроста ели и пихты при оценке с учетом коэффициентов пересчета мелкого и среднего подроста в крупный - 2,2 тыс. шт./га) обеспечивает естественное лесовосстановление путем мероприятий по сохранению подроста. После заготовки сортиментов традиционным способом требуется минерализация почвы или комбинированное лесовосстановление (количество жизнеспособного подроста ели и пихты при оценке с учетом коэффициентов пересчета мелкого и среднего подроста в крупный - 0,9 тыс. шт./га).

Сравнительный анализ сохранности подроста (табл.2) свидетельствует, что патентно защищенный способ обеспечивает ее повышение. Особенно значительно повысилась сохранность жизнеспособного хвойного подроста на пасеках - на 49% (с 47% до 96%). Таким образом, заготовка сортиментов способом по патенту РФ №2365093 обеспечила соблюдение требований п. 51 «Правил заготовки древесины» [7] по сохранению подроста «…хозяйственно-ценных пород на площадях, не занятых погрузочными пунктами, трассами магистральных и пасечных волоков, дорогами, производственными и бытовыми площадками, в количестве не менее 70 процентов при проведении сплошных рубок». При этом заготовка сортиментов традиционным способом соблюдение данных требований не обеспечила.

Таблица 1. Количество подроста под пологом леса и после заготовки древесины традиционным способом и способом по патенту РФ №2365093, тыс. шт./га

Таблица 2. Сохранность подроста после заготовки древесины традиционным способом и способом по патенту РФ №2365093, %

Результаты исследования синхронизации машин в системе

Анализ результатов исследования синхронизации машин в системе (табл.3) при работе по указанным способам выполнен на модели второго порядка с оценкой главных эффектов и эффектов взаимодействия. По результатам дисперсионного анализа [4] установлено, что статистически значимыми являются линейные эффекты расстояния транспортировки L, м и рейсовой нагрузки форвардера Q, шт. и квадратичный эффект расстояния транспортировки (рис.4,5).

При работе по новому способу процент простоев более производительного харвестера снижается в среднем на 11%, что связано с повышением средней продолжительности получения одного сортимента харвестером с 22,60 секунд при работе по традиционному способу до 26,82 секунд при работе по патентно защищенному способу. Снижение производительности харвестера при работе по патентно защищенному способу сравнительно с традиционным связано с более тщательным выполнением оператором приемов заготовки сортиментов и отсутствием навыка работы по данному способу, а также со снижением ширины пасеки с 18-19 метров до 16-17.

Таблица 3. Результаты экспериментального исследования синхронизации машин в системе

Рис.4. График поверхности отклика (а) и карта Парето (б) эффектов факторов эксперимента по синхронизации при заготовке сортиментов традиционным способом

а б

Рис.5. График поверхности отклика (а) и карта Парето (б) эффектов факторов эксперимента по синхронизации при заготовке сортиментов способом по патенту РФ №2365093

Выводы

1. Валка вершиной на волок без приземления комлевой части дерева, а также компактное размещение сортиментов с учетом расположения куртин хвойного подроста при заготовке сортиментов патентно защищенным способом обеспечили почти полное сохранение хвойного подроста на пасеках. Валка вершиной на пасеку при заготовке сортиментов традиционным способом привела к повреждению значительной части хвойного подроста на пасеках при обрезке сучьев и раскряжевке, в ходе которых крона поваленного дерева перемещается по площади пасеки.

2. В соответствии с «Правилами лесовосстановления» количество сохраненного подроста после заготовки сортиментов патентно защищенным способом обеспечивает естественное лесовосстановление путем мероприятий по сохранению подроста. Заготовка сортиментов способом по патенту РФ №2365093 обеспечила также соблюдение требований «Правил заготовки древесины» по сохранению подроста хозяйственно-ценных пород на пасеках в количестве не менее 96%.

3. При работе по традиционному способу харвестер простаивает в среднем 45% времени при полной загрузке форвардера. Снижение цикловой производительности харвестера на 16% при работе по новому способу снижает простои харвестера до 34% и обеспечивает повышение загрузки системы на 11% с одновременным сохранением подроста до уровня, обеспечивающего естественное лесовозобновление.

Литература

1. Якимович, С.Б. Синхронизация обрабатывающе-транспортных систем заготовки и первичной обработки древесины: Монография /С.Б. Якимович, М.А. Тетерина - Йошкар-Ола, 2011. - 201 с.

2. Якимович, С.Б. Экспериментальная оценка синхронизации обрабатывающе-транспортной системы «харвестер-форвардер» /С.Б. Якимович, М.А. Тетерина //Вестник МГУЛ. Лесной Вестник. - М.: МГУЛ, 2008. - №4. - С.48-51

3. Пат. 2365093 РФ. Способ заготовки сортиментов машиной манипуляторного типа /С.Б. Якимович, В.В. Груздев, В.Н. Крюков, М.А. Тетерина. - №2008107195/12; заявл. 26.02.2008; опубл. 27.08.2009, Бюл. №24. - 9 с.: 4 ил.

4. Оптимально функциональные синхронизированные транспортно-обрабатывающие системы и управление ими: отчет о НИР (промежуточный, 2 этап) /МарГТУ; рук. Якимович С.Б.; исполн.: К.С. Якимович, М.А. Тетерина, В.В. Груздев [и др.] - Йошкар-Ола, 2011. - 124 с.

5. Лесоустроительная инструкция (Бюллетень нормативных актов федеральных органов исполнительной власти от 14 июля 2008 г. N 28): утв. приказом МПР РФ от 6 февраля 2008 г. N 31 ввод в действие с 24.08.2008. - М.: - 2008.

6. Правила лесовосстановления (Бюллетень нормативных актов федеральных органов исполнительной власти от 1 октября 2007 г. N 40): утв. приказом МПР РФ от 16 июля 2007 г. N 183: ввод в действие с 10.10.2007. - М.: - 2007.

7. Правила заготовки древесины: зарег. в Министерстве юстиции Российской Федерации 30 декабря 2011 г, рег. N22883; утв. приказом ФАЛХ РФ от 1 августа 2011 г. N337: ввод в действие с 31.01.2012. - М.: - 2011.

Размещено на Allbest.ru