Информационно-образовательный портал
e-mail: [email protected]

КОМПЛЕКС МАЛОГАБАРИТНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС В ПОВОЛЖСКОМ РЕГИОНЕ

Реферат. Современный опыт проведения работ по реконструкции агролесомелиоративных насаждений показал, что уровень развития химической и химико-механической переработки древесного сырья в настоящее время позволяет использовать сучья, ветви, вершины, пни и кору для различных хозяйственных целей. Их технологическое применение подразумевает заготовку и переработку древесных отходов на технологическое сырье в виде щепы. Следует учитывать, что древесина по теплотворной способности чуть уступает углеводородам и углю, имея при этом серьезный ряд преимуществ. В настоящее время стоит проблема утилизации древесных отходов в виде вершин и сучьев деревьев, образующихся при рубках, проводимых в рамках реконструкции защитных лесных насаждений, так как они являются низкокачественной древесиной. В статье приводится описание конструктивно-технологической схемы многофункциональной лесной машины, предназначенной для сбора и вывоза порубочных остатков при расчистке территорий, занятых реконструируемыми защитными лесными насаждениями в Поволжском регионе. Авторами приводятся результаты расчетов производительности малогабаритной машины для сбора и вывоза древесных отходов с территории реконструируемых защитных лесных насаждений и выбран наилучший способ движения данного агрегата при выполнении работ по сбору и вывозу древесных отходов. Также следует отметить, что для измельчения древесных отходов на щепу наибольшее практическое применение нашли рубительные устройства фрезерного типа. Однако машинам данного типа присущи недостатки, основным из которых является высокая энергоемкость производимых работ при измельчении древесных отходов на щепу. Для решения данной проблемы предлагается новая конструкция устройства для измельчения древесных отходов. Ее характерной чертой является простота практического использования, технического обслуживания и ремонта.

Ключевые слова: расчистка вырубок, трицикл-пневмоход, многофункциональная лесная машина, рубительная машина фрезерного типа, устройство для измельчения древесных отходов.

Основные виды агролесомелиоративных мероприятий включают в себя посадку лесных культур при создании и восстановлении агролесомелиоративных насаждений, реконструкцию защитных лесных насаждений (ЗЛН), рубки ухода и санитарные рубки, омолаживание кустарников, содействие естественному возобновлению, уход за подростом, санитарно-оздоровительные мероприятия, охрану от пожаров и антропогенных повреждений (самовольных рубок, потравы скотом и т. п.), рубку достигших возраста естественной спелости и теряющих защитные свойства лесных насаждений, осуществление побочного лесопользования (сбор семян, плодов, ягод, грибов и др.).

При этом реконструкция ЗЛН представляет собой совокупность лесоводственных, лесокультурных и агротехнических мероприятий, направленных на значительное обновление породного состава, схем смешения и расположения лесных пород, изменения конструкции насаждений, повышающих ветропроницаемость полос, а в отдельных случаях и на улучшение общего состояния насаждений.

Материалы и методы

Реконструируют агролесомелиоративные насаждения, получившие при их обследовании и инвентаризации оценку 2 балла (по шкале Е. С. Пав­ловского), придорожные, а также насаждения, отнесенные к низкой и очень низкой категориям защитной эффективности (по Н. Т. Ма­карычеву).

Практический опыт проведения реконструкции агролесомелиоративных насаждений показывает, что с развитием химической и химико-механической переработки древесного сырья появилась возможность использования сучьев, ветвей, вершин, пней, коры. При этом получаемые древесные отходы заготавливаются и перерабатываются на технологическое сырье в виде щепы [1, с. 265–268; 2, с. 126–128].

Результаты и обсуждение

Древесина по своей теплотворной способности немного уступает ископаемым видам топлива, но при этом имеет ряд серьезных преимуществ перед ними. Основными из них являются возобновляемость, меньший выброс диоксида углерода при сжигании, меньшее содержание вредных веществ в золе по сравнению с минеральными видами топлива, возможность выращивания и заготовки древесного сырья вблизи мест потребления, позволяющая сократить расходы на транспортировку готового продукта от места происхождения до места потребления.

В процессе реконструкции агролесомелиоративных насаждений образуется 30–45% порубочных остатков в виде рассеченной кроны на земле и  20–25% прикорневой доли биомассы дерева в земле. Объем биомассы дерева в кроне, пне и корнях является дополнительным сырьем для получения энергии.

В настоящее время в лесах степной и лесостепной климатических зон Поволжья утилизация древесных отходов, образующихся при рубках, проводимых в рамках реконструкции ЗЛН, является большой проблемой, так как они представляют собой низкокачественную древесину средней крупности: это вершины, сучья деревьев и пни [4, с. 72–77].

Поэтому полученные древесные остатки приходиться сжигать, нанося экологии леса непоправимый вред. Переработка же таких отходов на щепу, которая может быть использована в качестве дополнительного источника энергии, позволит решить проблему их утилизации.

При проведении культуртехнических работ при реконструкции ЗЛН стоит задача организации рационального использования получаемых древесных отходов для энергетических целей. Для этого необходимо произвести ряд технологических приемов таких как: сбор, транспортировка и измельчение полученного древесного сырья.

При рассмотрении вопроса об использовании средств механизации для проведения данных технологических приемов считается, что при выполнении комплекса работ должна быть занята высокопроизводительная и мощная лесохозяйственная техника. Однако надо учитывать тот факт, что использование большинства образцов современного оборудования оправдано только при производстве значительного объема работ с большим запасом древесины [5, с. 283–286].

Проведенный анализ выполнения вышеперечисленных видов работ показал перспективность практического применения средств малой механизации. Одной из основных операций при проведении данного вида работ является расчистка площадей, занятых реконструируемыми ЗЛН от древесных отходов, образуемых при рубке деревьев.

Очистка территории под ЗЛН после окончания рубок древесных насаждений производится с целью обеспечения санитарного и противопожарного состояния ЗЛН, утилизации древесных отходов, создания благоприятных условий для работы машин при реконструкции защитных лесных насаждений.

Наибольшее распространение получил механизированный способ расчистки территорий, занятых реконструируемыми ЗЛН. Очистку территорий от древесных отходов данным способом проводят с помощью специальных машин, которые осуществляют сбор и вывоз порубочных остатков.

Практика показывает, что применение комплекса малогабаритных машин позволяет повысить качество выполняемых работ за счет более эффективных технических характеристик: маневренности, проходимости, компактности, универсальности и т. д.

Универсальностью малогабаритный трактор обладает не столько из-за своих конструктивных и технологических особенностей, сколько вследствие разнообразия видов дополнительного оборудования, с которым он может работать.

Одним из вариантов практической реализации применения малогабаритной техники может служить созданный нами опытный образец вездехода на пневматиках сверхнизкого давления, конструкция которого защищена патентом РФ (рис. 1) [3]. Образец который является энергетическим средством и основой для создания многофункциональной малогабаритной лесной машины, в частности для сбора и транспортировки лесосечных отходов.

Оснащение данного энергетического средства гидросистемой позволяет снабжать его набором сменных рабочих органов в виде навесных поперечных грабель и трелевочного прицепа (рис. 2).

В конструкции многофункциональной лесной машины для сбора порубочных остатков на вырубках применяются навесные поперечные гидравлические грабли (рис. 3).

При сборе порубочных остатков зубья грабельного аппарата набирают определенный объем лесосечных отходов. После заполнения полезного объема грабель включается гидрорас­пределитель пневмохода, переводящий их в положение подъема и освобождающий оборудование от собранных порубочных остатков. Затем рычаг гидрораспределителя переводится в положение опускания, и рабочий цикл повторяется.

Собранные порубочные остатки формируются в валы или кучи, вывоз которых осуществляется с помощью прицепа (рис. 4).

Конструктивной особенностью данного оборудования является учет неравномерности габаритов перево­зимого материала. Для этого преду­смотрены возможность открытия всех бортов прицепа и более малый размер заднего борта [5, с. 283–286].

Проведенные нами расчеты производительности многофункциональной лесной машины показали, что производительность при сборе отходов лесосечных работ составляет 9,6 га в смену; производительность при вывозе отходов лесохозяйственных работ – 41 м3 в смену.

Опыт практического использования лесохозяйственной техники свидетельствует, что движение машин по полосам при выполнении работ на вырубках дает возможность избежать или уменьшить число столкновений трактора с пнями путем маневрирования и объезда препятствий.

При этом величина радиуса поворота зависит от количества пней на 1 га и ширины междурядий. Поэтому на вырубках в Поволжском регионе целесообразно использовать следующие способы движения машинно-тракторных агрегатов: 1) гоновый чел­ночный с поворотами в виде открытой срезанной петли; 2) гоновый челночный с поворотами в виде закрытой срезанной петли.

Произведенные нами расчеты показали, что первый способ движения экономичнее второго и позволяет за счет уменьшения длины холостых ходов снизить расход горюче-смазочных материалов при расчистке вырубок в  Поволжском регионе и для того, чтобы добиться более высокой эффективности механизированной расчистки вырубок предложенной машиной, необходимо обеспечить ее движение вдоль длинных сторон вырубки. Поэтому формирование куч отходов лесосечных работ должно производиться движением агрегата вдоль вырубок [5, с. 283–286].

Для измельчения древесных отходов на щепу используются устройства рубительного, измельчающего и фрезерного типов, которые нашли применение в производственных условиях. Широкий спектр применения машин данного типа свидетельствует об универсальности их конструктивных схем, вследствие чего устройствам свойственны маневренность, высокая произ­водительность и компактность. Однако машинам фрезерного типа, присущи и недостатки, основным из которых является высокая энергоемкость производимых работ по переработке древесной биомассы на щепу.

Решить проблему снижения энергоемкости выполнения работ позволяет устройство для измельчения древесных отходов [6] (рис. 5), которое состоит из корпуса загрузочного патрона 1, щепопровода 2, измельчителя 3, ременной передачи 4, приводного вала 5, механизма подачи 6, подающее устройство 7 и подающие вальцы 8, рамы подъемного устройства 9 с шарнирами 10, 11 и тягой 12, гидроцилиндра 13, трубопровода 14, системы шкивов из шкивов 15, 16, 17, вала 18, вала 19, клиноременной передачи 20, понижающего редуктора 21.

Устройство для измельчения древесных отходов работает следующим образом: маневрированием трактора устройство подается к куче порубочных остатков так чтобы рама подъемного устройства 9, шарнирно закрепленная с внешней стороны боковых стенок корпуса загрузочного патрона 1 на оси подающего устройства механизма подачи 6, располагалась в нижней части кучи древесных отходов. После этого в гидроцилиндре 13 с помощью трубопровода 14, соединенного с гидросистемой трактора, создается избыточное давление. Вследствие этого шток гидроцилиндра 13, выходя из его корпуса, через шарниры 10, 11, расположенные на раме подъемного устройства, и тягу 12 воздействует на раму подъемного устройства 9. Так как рама подъемного устройства 9 представляет собой многозвеньевую систему, то горизонтальное движение штока гидроцилиндра 13 преобразуется в вертикальное движение рамы подъемного устройства 9.

В результате куча порубочных остатков располагается на уровне большего основания корпуса загрузочного патрона 1, имеющего призмовидную форму, меньшим основанием прикрепленным к измельчителю 3, а большее основание является входным отверстием для подачи древесных отходов.

При этом подающее устройство механизма подачи 6, ось которого установлена в основании нижней части входного отверстия корпуса загрузочного патрона 1 и подающие вальцы 8, перпендикулярно прикрепленные к внутренним боковым стенкам корпуса загрузочного патрона 1 в два ряда, обеспечивают постоянную подачу ветвей в корпус загрузочного патрона 1 и дальнейшее движение древесных отходов к измельчителю 3. Вращательное движение подающего устройства 7 механизма подачи 6 и подающих вальцов 8, а соответственно, и линейное движение измельчаемого материала в корпусе загрузочного патрона 1 с определенной скоростью подачи обеспечиваются с помощью ременной передачи 4 и системы шкивов, состоящей из шкивов 15, 16, 17, которые через понижающий редуктор 21 с валами 18, 19, приводной вал 5 и клиноременную передачу 20 соединены с валом отбора мощности ­трактора.

Измельчение порубочных остатков происходит при работе режущих элементов, расположенных на фронтальной части измельчителя 3. Иссеченные части крон и ветвей под действием центробежной силы транспортируются через щепопровод 2 в приемную тару для использования в качестве биотоплива.

Непрерывность подачи материала для измельчения обеспечивается путем перемещения машинно-тракторного агрегата по вырубке на пониженной передаче.

Выводы

Характерной чертой представляемой конструкции устройства для измельчения древесных отходов является простота использования, технического обслуживания и ремонта, так как она состоит из незначительного количества унифицированных узлов и деталей. Подготовку устройства к работе (присоединение устройства к тяговому агрегату) и измельчение древесных отходов осуществляют два человека, что значительно снижает трудозатраты на производство работ. Безопасность производства работ обеспечена технологической схемой устройства путем применения механизма подъема древесных отходов в загрузочный патрон [7, с. 253–257, 8, с. 156–160].

Литература

  1. Фокин С. В., Чугошкина А. В. Об актуальности применения средств малой механизации в лесном хозяйстве // Проблемы природоохранной организации ландшафтов : мат. междунар. науч.-практ. конференции / НИМИ ДГАУ. – Новочеркасск : Лик, 2015.
  2. Фокин С. В., Чугошкина А. В. Разработка опытного образца малогабаритной силовой установки для производства лесохозяйственных работ // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика : сб. науч. тр. по мат. междунар. заоч. науч.-практ. конференции. Т. 1, № 4-1(15-1). – Воронеж : Изд-во ВГЛТУ, 2015.
  3. Пат. 160767 Рос. Федерация. Три­цикл-пневмоход. В 60 В 9/00 / С. В. Фокин, А. В. Чу­гошкина, В. А. Чугошкин ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – № 2015121804/11 ; заявл. 08.06.2015 ; опубл. 27.03.2016, Бюл. № 9.
  4. Фокин С. В., Чугошкина А. В. Обоснование практического применения средств малой механизации в лесном хозяйстве // Инжиниринг техно-2015 : сб. науч. тр. по мат.III междунар. науч.-практ. конференции. – Т. 1. – Саратов : Райт-Экспо, 2015 г. – С. 72–77.
  5. Фокин С. В., Чугошкина А. В. Применение малогабаритной техники при сборе и вывозе с вырубок Среднего Поволжья отходов лесосечных работ // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика : сб. науч. тр. по мат. междунар. заоч. науч.-практ. конференции. Т. 3, № 9-2(20-2). – Воронеж : Изд-во ВГЛТУ, 2015.
  6. Пат. 2354545 Рос. Федерация. Устройство для измельчения порубочных остатков. А 01 G 23/06 / В. В. Цыпла­ков, О. Н. Шпортько, С. В. Фо­кин ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – № 2007147160 ; заявл. 18.12.2007 ; опубл. 10.05.2009, Бюл. № 13.
  7. Фокин С. В., Цыплаков В. В. О применении устройства для измельчения порубочных остатков при реконструкции защитных лесонасаждений // Научное обозрение. – 2011. – № 5.
  8. Фокин С. В., Шпортько О. Н. Обоснование конструкции машин фрезерного типа для получения биотоплива в условиях лесов степной и лесостепной зон Поволжья // Актуальные направления научных исследований XXI века. – 2014. – Т. 5, № 3(10).

Метки: Агрономия, лесное и водное хозяйство