Технология и оборудование лесозаготовок

1 Основы технологии и организации лесосечных работ.

2 Машины и механизмы, используемые на лесозаготовках.

3 Производство лесозаготовок на основе импортной техники.

4 Технология, машины и оборудование лесоскладских работ.

Лесосечные работы являются первой фазой лесозаготовительного производства. Под лесосечными работами понимают все работы, которые производятся на лесосеках и на погрузочных пунктах. Число и состав операций на лесосечных работах зависят от принятого в леспромхозе технологического процесса. Общее количество операций по всему лесозаготовительному процессу остается практически неизменным (10-11 операций).

В лесозаготовительном процессе наиболее трудоемкими и тяжелыми являются лесосечные работы, поэтому одним из главных направлений технического развития лесозаготовок является внедрение машинного способа лесозаготовительных работ.

С этой целью созданы и эксплуатируются валочные (ВМ), валочно-пакетирующие (ВПМ) и валочно-трелевочные (ВТМ) машины. Применение этих машин позволяет: ликвидировать тяжелый и опасный ручной труд, повысить комплексную выработку на лесосечных работах в 1,5…2 раза, повысить квалификационный уровень лесозаготовительных рабочих.

Валка леса является первой основной операцией технологического процесса лесосечных работ. Возможны два способа валки деревьев: без корневой системы и с корневой системой. Валка деревьев с отделением ствола от корневой системы может производиться с оставлением пней определенной высоты и с отделением ствола от корневой системы на уровне земли или шейки корня (при расчистке площадей под лесопогрузочные пункты, для устройства волоков и т. п.).

При валке деревьев с корнями дерево отделяется от земли с частью корневой системы, при этом более полно используется биомасса дерева. Валка с корнями применяется при подготовке земляного полотна дороги, расчистке площадей под сельскохозяйственные угодья, при создании водохранилищ и других целей. В зависимости от применяемого оборудования различают механизированную валку ручными механизированными инструментами и машинную валку специализированными и многооперационными машинами.

Основными инструментами для механизированной валки деревьев являются переносные цепные пилы и валочные приспособления (гидроклинья, валочные домкраты и др.).

Бензомоторные пилы классифицируются по назначению на специализированные и универсальные. Основным критерием классификации является расположение рукояток управления пилой.

Классификация лесосечных машин.

1. Однооперационные и многооперационные. Однооперационные выполняют одну обрабатывающую операцию (валка, трелевка, обрезка сучьев). Многооперационные выполняют несколько технологических операций (валка – трелевка, валка – обрезка сучьев, валка – обрезка сучьев – трелевка).

2. Цикличного и непрерывного действия. Машины цикличного действия выполняют технологические операции по определенному циклу, который периодически повторяется. Например, операции набор пачки, трелевка, сброс пачки, холостой ход в лесосеку и далее снова набор пачки и т.д.

3. С гусеничной или колесной базой.

4. Полноповоротные (экскаваторная база), манипуляторные либо рычажные.

В лесной промышленности применяются три типа машин: валочные – ВМ, валочно-пакетирующие – ВПМ и валочно-трелевочные – ВТМ. Созданы машины валочно-сучкорезно-раскряжевочные (МЛ-20).

По конструктивному исполнению машины делятся на две группы: машины рычажного типа – ВМ-4 и ВМ-4Б и машины манипуляторного типа – ЛП-19, ЛП-17, МЛ-119, МЛ-135, ЛП-49, ЛП-58.

Машины рычажного и манипуляторного типа могут работать в трех режимах:

- режим валки – ВМ-4, ВМ-4Б, ЛП-17, ЛП-49, ЛП-58;

- режим валки-пакетирования – ВМ-4Б, ЛП-19А, ЛП-17, МЛ-119, МЛ-135, ЛП-49, ЛП-58.

- режим валки-пакетирования-трелевки – ВМ-4Б, ЛП-17 (ЛП-17А), ЛП-49. ЛП-58.

Наиболее важным узлом рабочих органов машин, выполняющих валку деревьев, является срезающий механизм, который должен выполнять рез, исключающий дефекты комлевой части дерева при сталкивании с пня.

Для срезания деревьев отечественные машины снабжены цепным срезающим механизмом консольного типа. Привод ведущей звездочки производится гидродвигателем, а надвигание на дерево путем поворота пильной шины гидроцилиндром. Цепное срезающее устройство крепятся на специальной подвеске на раму машины или на захватно-срезающем устройстве (ЗСУ), если это машина манипуляторного типа. Цепной срезающий механизм имеет пильную цепь, пильную шину с натяжным устройством, ведущую и ведомую звездочки.

Зарубежом в качестве режущих органов валочных машин наряду с пильными цепями широко используются ножевые органы типа «гильотина» (валочная машина «Дротт»), дисковые пилы, а также фрезы.

После срезания дерева, сталкивание в заданном направлении может производиться:

1. сталкивающим рычагом с гидроприводом – механизмом направленного повала, расположенном на ограждении кабины в машинах ВМ-4, ВМ-4Б;

2. поворотом платформы машины, наклоном манипулятора и раскрытием зажимных рычагов ЗСУ - ЛП-19А, ЛП-19Б и МЛ-30;

3. срезанное дерево сталкивается с пня с помощью манипулятора и ЗСУ в машинах ЛП-17, ЛП-17А, ЛП-49, ЛП-58. При этом валочный момент создается либо гидроцилиндрами манипулятора (ЛП-49, ЛП-58), либо специальным встроенным гидродомкратом ЛП-17.

Состав лесозаготовительного предприятия.

В состав лесозаготовительного предприятия входят:

1. лесосырьевая база;

2. лесосырьевой транспорт (лесовозная дорога и тягово-подвижной состав);

3. нижний лесной склад;

4. основные фонды промышленного назначения (сооружения, здания и лесозаготовительная техника);

5. фонды бытового и культурного обслуживания;

6. кадры.

На рисунке 3.1 показана лесосырьевая база, разбитая на кварталы. Квартал – основная единица учета леса в лесхозе, леспромхозе, лесничестве. Величина его зависит от разряда лесоустройства: разряд лесоустройства 1а – размеры квартала 25…50 га; 1 – 100 га; 2 – 200 га; 3 – 400…800 га и 4 – 1600 га. Кварталы разделяют на таксационные участки – выделы.

По лесосырьевой базе проходит магистральный участок лесовозной дороги 2, который проектируется на весь период эксплуатации лесосырьевой базы. От магистрали отходят лесовозные ветки 3 (дороги со сроком эксплуатации от 5 до 10 лет). От веток в свою очередь в лесосеки отводятся усы 4 (со сроком действия один год) и служат для вывозки леса с одной или двух лесосек. В месте примыкания лесовозной дороги к внешнему транспорту (водный или сухопутный – ШКЖД МПС) располагается нижний склад 7.

1 -границы сырьевой базы; 2 -обслуживающие производства (РММ, гараж, подстан­ция. котельная, материальный склад и т. д.); 3- деревообрабатывающие цехи (лесо­пильный, тарный, технологической щепы и др.); 4- нижний склад; 5- дорога МПС (или сплавная река); 6 - поселок; 7-магистраль лесовозной дороги; 8-ветки лесо­возной дороги; 9 - квартальная сеть: 10-лесовозные усы; II- лесосеки текущего года: 12 - лесосеки следующего года.

 

Рисунок 3.1 – Производственная схема лесозаготовительного предприятия.

Способы рубок в лесах РФ.

Под рубкой понимается форма активного воздействия на лес.

Рубки разделяют на две категории: рубки главного или основного пользования и рубки промежуточного пользования или рубки ухода.

Рубки главного пользования разделяют на сплошные рубки, когда древостой на лесосеке вырубается за один приём, постепенные и выборочные.

Постепенные рубки, когда древостой на одной и той же лесосеке вырубают в несколько приёмов (два, три, иногда четыре), которые продолжаются в течение нескольких лет (от 10 до 20 лет). Каждый приём повторяется через 4-5 лет, в последний прием прежний древостой вырубается полностью, а подрост выполняет защитные функции леса.

Выборочные рубки проводят в разновозрастных насаждениях, при этом вырубают отдельные деревья (группу деревьев) приспевшие к рубке по каким-либо признакам (возрасту, размеру, качеству). На корню оставляются деревья преимущественно III, IV и V класса возраста. В первый раз вырубается 20…30 % запаса. Срок повторяемости от 10 до 15 лет.

Сплошные рубки по размерам и форме вырубаемых участков различают на: рубки сплошные лесосечные (узкополосные) и рубки сплошные концентрированные.

Сплошные лесосечные рубки проводятся в лесах II и III группы с ограничением ширины лесосеки и с соблюдением сроков и способов примыкания. Они удовлетворяют лесохозяйственным требованиям, но не удобны с лесоэксплуатационной точки зрения. Они обуславливают частые перебазировки мастерских участков, требуют большой протяженности транспортных путей, большого количества погрузочных пунктов и пр.

Промежуток времени, через который одна лесосека примыкает к другой, называется сроком примыкания. Срок примыкания устанавливается в зависимости от господствующей породы в пределах 2…5 лет и приравнивается к повторяемости семенных лет. Естественное лесовозобновление экономит огромные денежные средства и трудовые запасы.

Рубки промежуточного пользования (рубки ухода за лесом) проводятся с целью создания условий для ускоренного выращивания высокопродуктивного леса с хорошим качеством древесины. При этих рубках периодически вырубается часть деревьев, дальнейшее выращивание которых по лесоводственным соображениям не целесообразно.

В зависимости от возраста древостоя различают следующие виды рубок ухода за лесом: осветления, прочистки, прореживания и проходные рубки. При проведении рубок ухода механизированным способом для сохранения корневых систем оставляемых деревьев применяют колесные машины с небольшими массами и удельными давлениями в шинах.

Заготовленная на лесосеках древесина доставляется (трелюется) на погрузочные пункты. Погрузочные пункты располагаются у лесовозной дороги, здесь древесину грузят на подвижной состав и транспортируют по усу, ветке и магистральной дороге на нижний склад.

Лесозаготовительные предприятия классифицируются по следующим признакам:

а) по грузообороту;

б) по сроку действия;

в) по виду лесовозного транспорта;

г) по виду магистрального транспорта;

д) по степени переработки древесины.

Классификация трелевки.

1. По роду тяги: а) механизированная, б) гужевая

2. По виду перемещаемого лесоматериала: а) хлысты, б) сортименты, в) деревья

3. По способу трелевки: а) в полупогруженном состоянии, б) в погруженном состоянии, в) волоком, г) комлями или вершинами вперед

4. По типу трелевочного механизма а) гусеничный трактор, б) колесный трактор, в) лебедка

Большое влияние на выбор типа трелевочного механизма оказывает рельеф, несущая способность грунта и средний объем деревьев, произрастающих на лесосеке. Гусеничные трелевочные тракторы применяются на склонах крутизной до 22⁰. В зимнее время и в сырую погоду трелевка разрешается на склонах крутизной до 14⁰.

По типу навесного оборудования (по способу формирования воза) трелевочные тракторы можно разделить на три группы:

1. тракторы с канатно-чокерной оснасткой – ТТ-4, ТТ-4М, ТДТ-55, ТДТ-55, ТЛТ-100;

2. тракторы для бесчокерной трелевки – с гидроманипуляторами ЛП-18А и ТБ-1 и со специальными захватами – ЛТ-154, ЛТ-89, ЛТ-157, за рубежом такие машины называются скиддерами;

3. специализированные валочно-трелевочные машины ВТМ – ЛП-49, ЛП-17, ВМ-4А.

4. специализированные тракторы для трелевки сортиментов (форвардеры)

На рисунке 3.2 представлен общий вид технологического оборудования трелевочного трактора ТТ-4 с канатно-чокерной оснасткой.

 

 

Рисунок 3.2 – Общий вид технологического оборудования трактора с канатно-чокерной оснасткой:

1 – кабина; 2 – лебедка; 3 – погрузочный щит; 4 – гидроцилиндр щита; 5 – собирающий канат

 

На отечественных гусеничных трелевочных тракторах применяются управляемые с помощью гидроцилиндров погрузочные щиты с рычажной системой, связывающей их с рамой трактора.

Для протаскивания пачки щит гидроприводом опускается назад и упирается в грунт или снег. При погрузке пачки щит, под действием тягового усилия лебёдки поднимается, перемещаясь по направляющим щита. После прохождения крайнего верхнего положения щит опускается вниз. В транспортном положении передней частью лежит на подушках (резиновых буферах), а задней – на направляющих роликах щита. Погрузочный щит без пакета деревьев поднимается на трактор при помощи гидроцилиндра.

Лебедки отечественных тракторов – однобарабанные, одно- или двухскоростные, реверсивные, диаметр собирающего каната от 16 до 26 мм. При наматывании нагруженного каната на барабан в целях упорядочивания намотки применяются специальные тросоукладчики. Для удержания пачки на щите, для устранения саморазматывания каната применяется автоматический тормоз.

Формирование пачки осуществляется с помощью чокеров. Чокер представляет собой отрезок каната длиной 1,5…2,5 м, снабженный с одного конца кольцом, а с другого крюком. Чокерами хлыст (дерево) прицепляют к собирающему канату лебедки. Для этого необходимо иметь комплект, в который входят 10…20 чокеров. Обычно трактор снабжается 2…3 комплектами чокеров.

 

 

Таблица 3.1 – Техническая характеристика трелевочных тракторов

 

Показатели	Марка трактора
ТЛТ-100	ТТ-4	ТТ-4М	Т-157К (Т-150К)	К-703М
Тип трактора	Гусеничный трелевочный	Колёсный повышенной проходимости	Колёсный трелёвочно-транспортный
Мощность двигателя, кВт		84,6	95,5
Число цилиндров
Число скоростей	5/1	8/4	8/4	12/4	16/8
Диапазон скоростей, км/ч	2,89/11,8	2,2/10,05	2,2/10,2	2,5/31,7	2,6/30,2
Тяговые усилия, кН	95/8,7	109,4/15,2	116,1/15,6	39,0/5,0	59,0/13,0
Лебедка - тип	Однобарабанная реверсивная	-	-
- тросоемкость - тяговое усилие, кН - диаметр каната, мм		117,7/88,3	122,3
Давление на грунт, кПа
Допустимая нагрузка на щит (на коник), т				-	-
Эксплуатационная масса, кг
Объем трелюемой пачки, м^3	8-12	Комель 14 Вершина 18	до 6,0	до 8,0

 

Наиболее трудоемким приёмом на трелёвке леса является чокеровка. Чокеровка хлыстов или деревьев и отцепка пачки при использовании обычных трелёвочных тракторов выполняется вручную, в условиях лесосеки. Это тяжелый и опасный труд.

Ручные приёмы сдерживают дальнейший рост производительности труда на лесосечных работах. В связи с этим важнейшей задачей в области комплексной механизации лесосечных работ является полное исключение ручного труда на чокеровке деревьев и отцепке пачек.

В настоящее время широкое распространение на лесозаготовках получает бесчокерная трелёвка леса. Бесчокерная трелевка является обязательным звеном технологического процесса лесосечных работ при выполнении его системами новых машин, исключающих ручной труд. Она эффективна также при обычных способах лесосечных работ с валкой деревьев бензопилами.

Бесчокерная трелевка выполняется гусеничными или колесными трелёвочными тракторами, имеющими специальное технологическое оборудование для механизированного формирования или захвата пачки, её удержания при трелевке и разгрузки в назначенном месте.

В настоящее время для бесчокерной трелёвки применяется следующее технологическое оборудование:

1. Гидроманипуляторы и зажимные коники (троссосъёмники) – ТБ-1, ЛП-18А;

2. Пачковые захваты – ЛТ-157, ЛТ-154, ЛТ-89, ЛТ-171.

При помощи манипулятора деревья или хлысты поштучно закладываются в конико-зажимное устройство трелевочного трактора. Пачковые захваты предназначены для работы с заранее сформированной пачкой. Таким образом, основное технологическое различие между манипулятором и пачковым захватом заключается в принципе формирования пачки: в первом случае пачка формируется самим трелёвочным трактором, во втором – другой, как правило, валочно-пакетирующей машиной.

Бесчокерную трелевку выполняют также валочно-трелёвочные машины, которые оснащаются для этого гидроманипулятором с захватно-срезающим устройством и зажимным коником (ЛП-49, ЛП-17), а также ВТМ с погрузочным рычагом и зажимным коником (ВМ-4А).

Технологическое оборудование для механизированного формирования и удержания при трелевке пачки деревьев (хлыстов) на машинах манипуляторного типа состоит из гидроманипулятора и зажимного коника (увязочного устройства).

На базе трактора ТТ-4 создана бесчокерная машина ЛП-18А (ЛП-18Г), а на базе трактора ТДТ-55А – бесчокерная машина ТБ-1М.

Бесчокерная манипуляторная трелевочная машина ЛП-18А предназначена для трелевки леса в средних и крупных насаждениях. Навесное технологическое оборудование машины (рисунок 3.3) состоит из гидроманипулятора, щита с увязочным устройством (канатосъемника) и гидравлической системы.

Гидроманипулятор состоит из стрелы 4, которая шарнирно крепится к поворотной колонне 3. Другой конец стрелы шарнирно соединен с рукоятью 8, к концу которой крепится захват. Захват 6 предназначен для зажима комлей или вершин поваленных деревьев (хлыстов) при погрузке их на коник машины. Смыкание и размыкание челюстей захвата производится с помощью гидроцилиндра.

 

 

1 – основание для монтажа узлов манипулятора; 2 – механизм поворота колонны; 3 – колонна; 4 – стрела; 5, 6, 7, 10 – гидроцилиндры; 8 – рукоять; 9 – увязочное устройство; 11 – щит; 12 – лебёдка.

 

Рисунок 3.3 – Бесчокерная машина ЛП-18А.

 

Таблица 3.2 – Техническая характеристика бесчокерных машин манипуляторного типа

 

Показатели	ЛП-18А	ЛП-18Г	ТБ-1М
Базовый трактор	ТТ-4	ТТ-4	ТДТ-55А
Мощность трактора, кВт	84,6	84,6	73,6
Вылет манипулятора, м: - максимальный - минимальный	5,0 2,0	5,0 2,0	5,0 1,5
Грузоподъемность манипулятора, кг: - на вылете 3 м - на вылете 5 м
Угол поворота манипулятора, град.
Диаметр зажимаемого дерева, см: - максимальный - минимальный	100,0 7,0	100,0 7,0	80,0 5,0
Тип зажимного коника	Зажим пачки канатной петлёй, открывание петли гидроцилиндрами	шарнирно-рычажный гидроуправляемый
Максимальная нагрузка коника, м: - при трелевке за комли - при трелевке за вершину
Среднее удельное давление гусениц на грунт, МПа	0,043	0,043	0,058
Масса машины с техническим оборудованием эксплуатационная, кг
Производительность, м^3/смену	100…110 при Vх=0,7…1,0 м^3	100…110 при Vх= 0,7…1,0 м^3	60…70 при Vх=0,39м^3

 

Подборщики пачек. В отличие от гидроманипуляторов, которыми производится поштучная погрузка деревьев, пачковые захваты берут заранее сформированные пачки и делают это за один приём. Отличие от бесчокерных тракторов, имеющих манипулятор, заключается ещё в том, что погруженная пачка удерживается не на конике, а в самом захвате.

Технологическое оборудование трактора для трелевки подготовленных пачек (рисунок 3.4) состоит из стрелы 2, челюстного захвата 3, лебедки 1 и гидросистемы. Стрела выполнена в виде арки и имеет вылет, изменяющийся путем её наклона. Стрела предназначена для подъема и опускания челюстного захвата с пачкой и удержания её в заданном положении.

 

а – подборщик пачек: 1 – лебедка; 2 – стрела; 3 – челюстной захват;

б – челюстной: 1 – траверса; 2 – синхронизатор; 3 – гидроцилиндр; 4 – увязочный канат; 5 – челюсти

 

Рисунок 3.4 – Подборщик пачек ЛТ-154.

 

Челюстной захват (рисунок 3.4 б) служит для захвата комлевой части пачки, подъема и удержания её в полуподвешенном положении во время трелевки. Он состоит из траверсы 1, двух челюстей 5, шарнирно соединенных с траверсой, синхронизатора 2, обеспечивающего синхронное раскрытие и закрытие челюстей. Клещевой захват открывается и закрывается с помощью гидроцилиндра 3, расположенного внутри траверсы. Для надежного удержания пачки захват снабжен канатным увязочным устройством 4. Надежность обеспечивается затяжкой каната при помощи лебедки.

Техническая характеристика тракторов с пачковыми захватами приведена в таблице 3.3.

 

Таблице 3.3 – Техническая характеристика подборщиков пачек

 

Показатели	ЛТ-154	ЛТ-157	ЛТ-171	ЛТ-89
Базовый трактор	ТТ-4	Т-157	Т-151К (Т-150К)	ТДТ-55А
Мощность двигателя, кВт	84,6	110,0	121,0	61,1
Объем трелюемой пачки, м^3	10,	6,0	6,0	6,0
Площадь зева захвата максимальная, м^2	1,8	0,8	0,8	1,6
Расстояние от оси ведущей звездочки до плоскости захвата в положении подбора пачки, мм		от оси арки 1800	от оси заднего моста 2600	между крайними положениями захвата 3040
Расстояние между конами челюстей в раскрытом положении, м	2,95	2,8	2,6	2,68
Привод стрелы и захвата	гидравлический
Тяговое усилие лебёдки, кН	117,72 88,29	72,50	75,00	66,50
Масса с технологическим оборудованием, кг
Производительность при среднем расстоянии трелёвки ℓ=300 м, при среднем объёме хлыста Vх, м^3/ч	22,6	35,6	35,6	-

 

Форвадеры – это колесное или гусеничное транспортное средство, предназначенное для погрузки-разгрузки заготовленной на лесосеке лесопродукции (сортиментов) и перевозки её к местам потребления или перегрузки на лесовозный транспорт. Базой форвардера являются 6…8 колесные тракторы. При работе форвардера на мягких грунтах и глубоком снегу на задние и передние колеса могут надеваться гусеничные цепи, существенно улучшающие проходимость. Преимущественное распространение форвардеры получили в скандинавских странах.

Рисунок 3.5 – Колесный форвадер

Форвадер, как правило оснащается телескопическим манипулятором со значительным вылетом (до 10 м). Сортименты укладываются в металлический коник. Форвадер работает на лесосеке после харвестера.

Технологическая карта, являющаяся основным документом в соответствии с которым проводится разработка лесосеки. Технологическая карта состоит из:

1. Схема разработки лесосеки, выполненная в масштабе по материалам отвода лесосеки. Указываются румбы, длины линий, нумеруются угловые столбы.

2. Характеристика лесосеки (площадь, запас на га м³, запас всего, ликвидный, дров, состав насаждения, средний диаметр, средний объем хлыста, состояние подроста: число, шт/га, состав, высота, возраст.

3. Технологические указания по разработке лесосеки

4. Противопожарные мероприятия.

Технологическая карта утверждается лесхозом и подписывается техноруком, мастером, бригадиром бригады, за которой закрепляется лесосека.

Трелевкой леса называется процесс сбора и перемещения древесины от мест валки до погрузочных площадок.

 

Контрольные вопросы

1 Состав технологических операций при ручной валке деревьев?

2 Состав технологических операций при машинной валке деревьев?

3 Характеристика лесосек?

4 Способы рубки в лесах России?

5 Виды машин для трелевки?

 

ЛЕКЦИЯ 4

Транспорт леса

1 Сухопутный транспорт леса.

2 Водный транспорт леса.