ВВЕДЕНИЕ
В современных экономических условиях динамика развития лесозаготовительного производства связана с решением проблемы совершенствования лесозаготовительного производства на основе формирования энергосберегающих технологий, в рамках единых систем машин и оборудования, оптимизации последовательно выполняемых технологических операций, распределения ресурсов между ними, эффективного использования древесного сырья с соблюдением принципов неистощительного лесопользования, а в перспективе и расширенного воспроизводства лесных ресурсов. Наиболее информативными показателями эффективности технологий являются их удельная энергоемкость и удельная производительность, которые должны определяться не по аддитивному принципу согласования операций, а по синергетичности их выполнения. Технологический процесс на лесосеке в своей основе является статистическим, он вызван случайным характером распределения естественных древостоев и стохастичностью работы комплексов машин и механизмов. Статистический характер выполнения работы определяется средними значениями параметров и их дисперсиями, которые служат критерием качества технологических операций. Необходима полная синхронизация последовательно выполняющихся технологических операций, чтобы свести к минимуму флуктуации во времени производственного процесса, не допуская простоев. Объем сортиментной заготовки древесины непрерывно увеличивается, поэтому разработка оптимального метода раскроя хлыстов является востребованной и актуальной. Отходы лесозаготовок являются важной частью природных ресурсов России, они должны стать основным сырьевым ресурсом для развития биоэнергетической промышленности, способной решать задачи энергетической и экологической безопасности регионов. Работа лесных машин основана на сжигании дорогостоящих и токсичных нефтепродуктов, поэтому разработка энергооборудования невысокой стоимости на возобновляемом биотопливе востребована в лесной отрасли. В этом качестве могут выступать газогенераторные установки с дизельным приводом. Целью проведенной работы является совершенствование производства лесоматериалов на лесосеке путем оптимизации работы синергетически связанных систем машин и механизмов по наиболее информативным критериям производства и разработка эффективного энергооборудования на биотопливе, основанного на отходах лесозаготовок.
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Машины и механизмы производства сортиментов
Технологический процесс лесозаготовок определяет место раскряжевки хлыстов: на лесосеке, на верхнем складе, на нижних лесных складах лесозаготовительных предприятий, на лесоперевалочных базах, на биржах сырья потребителей. Выбор эффективной технологии определяется конкретным предприятием исходя из имеющегося технико-экономического резерва. В технологическом процессе производства сортиментов на лесосеке используются различные лесозаготовительные машины, ручные лесозаготовительные моторные инструменты, трелевочная техника, погрузчики, сортиментовозы. Основным способом повышения экономической эффективности проведения лесосечных работ является внедрение специализированных лесозаготовительных машин, способных выполнять валку деревьев и ряд смежных технологических операций. Все лесозаготовительные машины можно классифицировать по следующему ряду признаков: вид движителя: гусеничные, колесные, шагающие; число выполняемых технологических операций: одно и многооперационные; вид выполняемых технологических операций: валочные (ВМ), валочно-трелевочные (ВТМ), валочно-пакетирующие (ВПМ), валочно-сучкорезно-раскряжевочные (ВСРМ), также называемые харвестерами, валочно-сучкорезные; валочно-сучкорезно-трелевочные (ВСТМ); сучкорезно-раскряжевочные (МОСР), также называемые процессорами; по применению в сортиментной или хлыстовой технологии заготовки: машины для хлыстовой технологии (ВМ, ВТМ, ВПМ, МОС и другие машины, в результате работы которых происходит заготовка деревьев или хлыстов) и машины для сортиментной технологии (ВСРМ, МОСР и др., в результате работы которых производится заготовка сортиментов); по ширине обрабатываемой полосы леса: узкозахватные (без гидроманипулятора), широкозахватные (с гидроманипулятором); по направлению действия технологического оборудования: фланговые, фронтальные, полноповоротные.
1.1.1. Валочно-пакетирующие машины
Валочно-пакетирующие машины (ВПМ) получили широкое распространение в лесозаготовительном производстве. Они позволяют осваивать за один проход ленту шириной до 20 м, сохранять жизнеспособный подрост, при необходимости производить выборную валку деревьев, с одной стоянки спиливать несколько деревьев. В настоящее время в РФ выпускается большой ассортимент валочнопакетирующих машин, это известная ЛП-19 и ее модификации, ЛП 60-01А, ТЛГ 3-12, МЛ-135, МЛ-119А. Принцип компоновки этих машин позволяет достигать хороших показателей эффективности лесосечных работ.
Лесозаготовительные предприятия, использующие на лесосечных работах ВПМ или ВТМ, обычно предпочитают технику отечественного производства, поскольку она не уступает по производительности лучшим зарубежным аналогам при существенно меньшей цене, хотя и менее надежна в эксплуатации, что связано с низким качеством комплектующих и применяемых материалов. Придание ВПМ или ВТМ дополнительных функций, таких как обрезка сучьев и раскряжевка, усложняет конструкцию машины, повышает ее стоимость, что не всегда целесообразно. Следует отметить зарубежный опыт по разработке и производству ВПМ (манипуляторных и безманипуляторных). Например, фирма «Джон Дир» (США) выпускает колесные безманипуляторные ВПМ фронтального типа, такие как 643G, 653 E, 843 G. Среди зарубежных ВПМ манипуляторного типа следует отметить машины фирмы «FMG Timberjack». Отличительной особенностью этих машин является наличие наклонного механизма для работы на склонах и накопителя деревьев. В табл. 1 представлены технические характеристики ряда отечественных валочно-пакетирующих машин.
1.1.2. Валочно-трелевочные машины
Валочно-трелевочные машины производят валку деревьев, сбор и формирование их в пачку, трелевку пачки на верхний склад. Они позволяют производить подготовку верхнего склада, уборку ветровальных деревьев, разрубку зоны безопасности и др. Они также могут работать в режиме валки – пакетирования. Основной недостаток этих машин заключается в том, что они не обеспечивают нормы сохранности результатов предварительного естественного лесовозобновления. Они состоят из базовой машины и навесного технологического оборудования. В качестве базовой машины используются гусеничные трелевочные тракторы. Это позволяет рименять их в насаждениях с удовлетворительной и хорошей несущей способностью грунтов в равнинной и слабохолмистой местности с крутизной склона до 14 градусов. Опыт эксплуатации валочных машин показал, что, с точки зрения эксплуатационной эффективности, необходимо стремиться к возможно более полной загрузке двигателя путем совмещения машиной нескольких технологических операций. До снятия машины ВМ-4 с серийного производства на ее базе была создана первая в СССР валочно-трелевочная машина ВМ-4А, в настоящее время ВМ-4Б. У самой концепции валочнотрелевочных машин имеется серьезное преимущество, связанное с отсутствием необходимости в наличии специальной трелевочной техники при разработке лесосек в условиях, когда арендованный годичный лесосечный фонд состоит из небольших разрозненных лесосек. Привлечение большого количества техники на их разработку нецелесообразно в связи с большими затратами на частые перебазировки. Использование подобного типа машин позволяет существенно уменьшить затраты на заготовку леса в подобного рода лесосеках. В связи с такого рода преимуществами в дальнейшем отечественная машиностроительная промышленность освоила выпуск широкозахватных валочно-трелевочных машин ЛП-17 и ЛП-49, созданных соответственно на базе тракторов ТДТ-55А и ТТ-4. Как и базовые тракторы, эти машины предназначены для работы в насаждениях со средним объемом хлыста соответственно до 0,4 м3 и более 0,4 м3. Сравнительно недавно на рынке появилась ВТМ ЛП-58, выпускаемая ООО «Машиностроительный завод «Коммунар»». Вместе с тем практика применения машин подобной компоновки показала, что если освободить ВТМ от операции по трелевке древесины и превратить ее, таким образом, в валочно-пакетирующую машину, можно не только вдвое поднять ее производительность, но и удлинить срок службы режуще-валочных аппаратов, которые, в таком случае, не будут в течение полусмены перевозиться на транспортных скоростях, а будут полностью загружены по прямому назначению. Это подтвердило мнение о целесообразности, в большинстве случаев, отделения трелевки древесины в самостоятельную операцию.