Типы производственных процессов лесозаготовок

Лесозаготовки в нашей стране выполняются в различных природно-производственных условиях предприятиями с различной формой собственности. Организация лесозаготовительного производства определяется его технологическими процессами, которые характеризуются составом применяемой техники (оборудования), количеством, последовательностью и местом выполнения технологических и транспортно-переместительных операций в ходе осуществления техно­логического процесса ЛП. Технологический процесс (ТП) ЛП принято объединять в три основные фазы: лесосечные работы, транспорт леса и нижнескладские работы. Каждая из этих фаз производства состоит из целого ряда операций. Большинство из них связаны с транспортиров­кой древе­сины и созданием ее запасов на стыках операций.

Согласно [55, 64, 88] в зависимости от набора технологических операций, места их выполнения и вида продукции, вывозимой с лесосеки, техноло­гические процессы лесосечных работ подразделяют на четыре основ­ные группы: технология с заготовкой деревьев, хлыстовая технология, сортиментная технология и технология с углубленной переработкой древесины.

В табл. 1.1 представлены наиболее распространенные техноло­гические процессы всех четырех групп лесосечных работ. Следует иметь в виду, что в группе технологических процессов с углубленной переработкой древесины теоретически возможно большее разно­образие получаемой продукции, однако в настоящее время эта группа процессов развита слабо (данные табл. 1.1 отражают совре­менный уровень развития).

Хлыстовая технология заготовки леса является в на­стоящее время наиболее распространенной. В России на ее долю приходится около 80% всего заготовляемого леса, в США и Ка­наде — более 85 %.

Технологический процесс № I позволяет свести к минимуму число операций, выполняемых на лесосеке, и осуществлять опе­рации на более производительном стационарном оборудовании нижних складов и бирж сырья деревоперерабатывающих предпри­ятий. Кроме того, этот процесс дает возможность уменьшить тру­дозатраты на очистку лесосек и использовать сучья, вершины и ассимиляционный аппарат деревьев (хвоя и листья) для произ­водства полезной продукции (топливная и технологическая щепа, арболит, хвойно-витаминная мука и др.).

Таблица 1.1

Технологические процессы лесосечных работ

Примечание. В— валка деревьев; Ок— окорка; Ос— очистка деревьев от сучьев; П — погрузка на лесовозный транспорт; Пр — продольная распилов­ка; Р — раскряжевка; Рщ — рубка в щепу; Рщпо — рубка в щепу порубочных остатков; Фп — формирование пакета; Д — деревья; Пм — пиломатериалы; С — сортименты; X— хлысты; Щтех— щепа технологическая; Щтоп— щепа топ­ливная.

Однако при трелевке деревьев, особенно за комли, труднее сохранить подрост и предотвратить повреждения оставляемых на корню деревьев. Современная лесоводственная наука считает не­желательным вывоз порубочных остатков с территории лесосеки в связи с обеднением лесной почвы, а при вывозке деревьев умень­шается использование грузоподъемности лесовозного транспорта из-за низкого коэффициента полнодревесности пакета. На боль­шинстве производственных площадок лесозаготовительных и деревообрабатывающих предприятий отсутствуют технические и тех­нологические возможности переработки порубочных остатков.

При технологическом процессе № 2 происходит концентрация порубочных остатков на территории верхнего склада, что умень­шает трудозатраты на очистку лесосеки, улучшает условия для применения высокопроизводительных мобильных сучкорезных машин, дает возможность лучше использовать грузоподъемность лесовозного транспорта. Однако при этом процессе увеличивается число операций, выполняемых в лесу.

Достоинством технологического процесса № 3 является то, что трелевка хлыстов позволяет уменьшить степень повреждаемости подроста и оставляемых на корню деревьев, появляется возмож­ность использовать порубочные остатки для укрепления трелево­чных волоков при слабой несущей способности грунтов. Однако при этом увеличиваются затраты на последующую очистку терри­тории лесосеки, невозможно или затруднено последующее приме­нение порубочных остатков для производства полезной продукции.

Сортиментная технология заготовки леса наиболее предпочтительна для небольших лесозаготовительных фирм, не имеющих своих лесоперерабатывающих площадок и торгующих древесиной «с колес». Кроме того, она рекомендуется при невоз­можности использования хлыстовой вывозки леса, например при малых радиусах поворота лесовозной дороги.

При технологическом процессе № 4 работы по валке деревьев, очистке их от сучьев и раскряжевке обычно выполняют с помощью ручного моторного инструмента — бензиномоторных пил. По­добная технология, распространенная на несплошных рубках при отсутствии у предприятия высокопроизводительных многоопера­ционных машин, позволяет использовать порубочные остатки для укрепления трелевочных волоков и вывозить с лесосеки готовую продукцию, если предприятие торгует круглым лесом. Основным недостатком данного процесса является большая доля ручного труда при лесосечных работах.

Технологический процесс № 5 имеет недостатки, связанные с трелевкой деревьев, но позволяет использовать на верхнем складе многооперационные сучкорезно-раскряжевочные машины, назы­ваемые также процессорами.

Технологические процессы № 6 и 7 являются классически­ми примерами так называемой скандинавской технологии за­готовки леса. На валке леса используются либо бензиномоторные пилы (тогда для очистки деревьев от сучьев и раскряжевки применяются процессоры), либо валочно-сучкорезно-раскряжевочные машины, называемые также харвестерами. Иногда все технологические операции выполняются с помощью бензино­моторных пил. На трелевке используются сортиментовозы, на­зываемые также форвардерами, с колесным или гусеничным движителем. Технологический процесс № 7 предусматривает так называемую прямую вывозку леса, т.е. без выделения специ­альной операции трелевки и перегрузки на лесовозный транс­порт. Работа по такой схеме эффективна при небольшом рас­стоянии вывозки (до 40 км) и использовании в качестве транс­порта леса только колесных форвардеров. Так работают в ос­новном в скандинавских и других европейских странах, где рас­стояния вывозки обычно невелики.

Технологию с углубленной переработкой дре­весины можно признать перспективной. Ее развитие в насто­ящее время сдерживается отсутствием недорогой и эффективной техники, способной перерабатывать заготовляемую древесину на щепу и пиломатериалы в условиях лесосеки. Разработка такой тех­ники находится сейчас на стадии проектирования и эксперимен­тальных исследований.

Технологические процессы № 8 и 9 предусматривают проведе­ние на лесосеке и погрузочном пункте всех технологических опера­ций по выработке пиломатериалов. В настоящий момент такая тех­нология заготовки применяется в основном в мелких частных лесовладениях за рубежом. Она не получила промышленного рас­пространения в связи с отсутствием высокопроизводительной тех­ники, способной производить продольную распиловку круглых лесоматериалов в условиях лесосеки. Этот процесс является наиболее перспективным для применения в лесосеках с радиоактивно загрязненной местностью. При эксплуатации таких лесосек необходимо учитывать плотность радиоактивного загрязнения местности и получать древесное сырье с минимально допустимым его загрязнением. Заготовка леса в окоренных сортиментах или в виде пилопродукции позволит уменьшить до минимума распространение радиоактивных материалов с загрязненных территорий. Для этого технологического процесса в настоящее время выпускаются соответствующие машины и оборудование: форвардеры, харвестеры, сучкорезно-раскряжевочные машины, передвижные окорочные, фрезерно-пильные и ленточно-пильные станки, для измельчения отходов – передвижные рубильные установки, для вывозки готовой продукции – специальные автопоезда.

Технологический процесс № 10 позволяет получать на лесосе­ке технологическую и топливную щепу. Он перспективен в условиях плантационного лесовыращивания. На современном этапе развития лесопромышленного комплекса получение технологи­ческой щепы в условиях лесосеки затруднено из-за отсутствия машин, способных производить качественную окорку в данных условиях. Получение топливной щепы из порубочных остатков в условиях лесосеки активно внедряется в технологический процесс лесозаготовок в последние годы.

Для обеспечения рассмотренных технологических процессов «Основными направлениями развития лесной промышленности России», одобренных распоряжением Правительства РФ от 1 ноября 2002 г. № 1540-р предусматривается постепенное увеличение процента машинизации лесозаготовок (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Процент машинизации по годам

Наиболее существенным в данном документе является уровень машинизации лесозаготовительных работ, который определяет потенциальную потребность в лесных машинах. В соответствии с планируемым процентом машинизации определен парк машин (табл. 1.3) [72, 73].

Таблица 1.3

Парк машин нового поколения по технологиям лесозаготовок

Анализ таблицы 1.3 показывает, что на ближайшую перспективу наибольшее распространение получат технологические процессы, обеспечивающие заготовку и вывозку хлыстов и сортиментов.

Использование в производственном процессе дорогостоящей лесозаготовительной техники требует внимательного подхода к решению задачи, определения рациональных режимов работы машин. Недооценка этого вопроса и отсутствие до настоящего времени в полной мере отвечающей условиям работы методики определения рациональных режимов работы лесосечных машин, приводит к снижению эффективности их работы, а иногда и к порче древесины в запасе. Поэтому, с целью более полного использования технических возможностей лесосечных машин и повышения объемов лесозаготовок, определение рациональных режимов работы машин является одной из важных задач.

Немаловажный интерес представляет технологический процесс с заготовкой древесины в сортиментах и вывозкой с лесосеки окоренных сортиментов или пилопродукции. Этот процесс является наиболее перспективным для применения в лесосеках с радиоактивно загрязненной местностью. При эксплуатации таких лесосек необходимо учитывать плотность радиоактивного загрязнения местности и получать древесное сырье с минимально допустимым его загрязнением. Заготовка леса в окоренных сортиментах или в виде пилопродукции позволит уменьшить до минимума распространение радиоактивных материалов с загрязненных территорий. Для этого технологического процесса в настоящее время выпускаются соответствующие машины и оборудование: форвардеры, харвестеры, сучкорезно-раскряже-вочные машины, передвижные окорочные, фрезерно-пильные и ленточно-пильные станки, для измельчения отходов – передвижные рубильные установки, для вывозки готовой продукции – специальные автопоезда.

Основным видом транспорта леса в настоящее время и ближайшей перспективе будет автомобильный с погруз­кой леса на верхнем складе челюстными погрузчиками пе­рекидного типа, машинами манипуляторного типа или самопогружающимися автолесовозами с гидроманипулятором.

Использование в производственном процессе дорогостоящей лесозаготовительной техники требует внимательного подхода к решению задачи, определения рациональных режимов работы машин. Недооценка этого вопроса и отсутствие до настоящего времени в полной мере отвечающей условиям работы методики определения рациональных режимов работы лесосечных машин, приводит к снижению эффективности их работы, а иногда и к порче древесины в запасе. Поэтому, с целью более полного использования технических возможностей лесосечных машин и повышения объемов лесозаготовок, определение рациональных режимов работы машин является одной из важных задач.

Вопросам определения размеров запасов, методов и средств их создания и управления посвящен ряд работ отечественных и зарубежных ученых.

Основные варианты комплектов лесосечных машин

На лесосеках машины и механизмы, выполняющие отдельные операции, объединяются в комплекты машин. Эффективность использования комплектов машин может быть достигнута при правильном их комплектовании по типам и численности машин и соответствующей организации их работы.

Сменная производительность комплекта (П_см) определяется количеством сырья, переработанного им в течение смены. Производительность всего комплекта могла бы быть равной произво­дительности машин на каждой операции, т.е.:

.

Такой комплект отвечал бы требованиям линии по­следователь-ного агрегатирования (рис. 1.1 а).

Однако, как показывает существующая практика, не удается подоб­рать комплект лесозаготовительных машин и меха­низмов с одинаковыми или незначи­тельно отличающимися производительностями. Зачастую, если на первой опера­ции комплекта работает одна машина, то на второй - две, три, а на треть­ей - одна, две и т.п. Причем, особенности лесосечных работ заключаются в том, что между каждой из выполняемых операций создается запас древесины, поэтому все операции в технологическом процессе, за исключением погрузки и вывозки, связаны им между собой.

Схема смешанного агрегатирования со сходящимися и ветвящимися линиями потока (рис. 1.1 б) включают ряд машин, работающих парал­лельно друг другу и передающих объекты труда машинам, работающим последовательно; возможны и обрат­ные слу­чаи - передача объектов труда от машин, работающих по­следова­тельно к машинам, работающим параллельно. В случае, приведенном на рисунке 1.1 б, оба варианта имеют ме­сто одновременно.

В схемах смешанного агрегатирования со сходящимися и расходящимися линиями потока смен­ная производительность последовательно соединенных машин и механизмов должна быть равной производительности машин, работающих параллельно. Это условие можно записать в виде

.

- технические средства для выполнения операций

- оперативный запас объектов труда

- запас сырья неограниченного объема

Рис. 1.1. Схемы возможных вариантов лесозаготовительных систем:

а) схема последовательного агрегатирования с гибкими связями;

б, в) то же ветвящиеся и сходящиеся;

г) то же смешанного типа с гибкими связями

В этих же схемах возможны варианты, когда па­раллельно может работать разное количество машин (рис. 1.1 в). При этом желательно следующее соблюдение соот­ношений производительности:

.

В схемах смешанного агрегатирования, включающих жесткие и гибкие связи, объ­екты труда, в зависимости от обстоятельств, могут поступать в запас перед любой из машин, а если запаса нет, то непо­средственно на машину (рис.1.1 г).

Тот или иной вид схемы комплект лесосеч­ных машин прини­мает в зависимости от вида заготовлен­ной древесины (деревья, хлысты, сортименты), типа и ко­личественного состава применяемых машин.

Возможные варианты систем машин для заготовки хлыстов, сортиментов в зависимости от числа машин в системе освещены в ряде работ [1, 12, 20, 44, 47, 55, 84 и др.]. Анализ этих данных позво­ляет установить, что комплексная механизация производственного процесса лесозаготовок может выполняться несколькими системами машин. В зависимости от типа машин, транспортно-технологического процесса и очередности выполнения операций можно выделить следующие технологические схемы:

ТС1: В + Т + С + П; ТС2: В + С + Т + П; С3: ТС3 В + Т + С;

ТС4 В + Т + П; ТС5 В + Т; ТС6: ВСР + Т + П; ТС7: ВСР + Т;

ТС8: ВТ + СР + П; ТС9: ВТ + СР; ТС10: ВТ + П.

В зависимости от количества типов машин, входящих в комплект, и рас­положения запасов древесины между операциями, эти технологические системы можно описать графической моделью (рис. 1.2).

Рис 1.2. Графическая модель производственного процесса лесозаго­товок:

I - лесосечные работы, II - вывозка леса, III - нижнескладские работы

Анализируя эту схему, можно заметить, что наибольшее число выполняемых операций будет иметь первая схема К₁. Работа комплектов машин по этой схеме предусматривает заготовку и вывозку сорти­ментов и вы­полнение каждой операции от валки до вывозки отдель­ным типом машин (технических средств). В зависимости от производительности комплект машин по этому варианту схемы может иметь последова­тельное агрегатирование, но наиболее вероятно, что он будет отвечать линии смешанного агрегатирования с гиб­кими связями (рис. 1.3 а). Вторая схема К₂ предусматривает заготовку сортиментов при выполнении валки и трелевки (ВТ) од­ним типом ма­шин. Комплект машин по этому варианту схемы будет отвечать линии смешан­ного агрегатирования (рис. 1.3 б).

Рис. 1.3. Варианты графических моделей взаимосвязи машин в основных комплектах для лесосечных рабо­тах: а) при выполнении каждой операции отдельным типом машин; б-е) при совмещении двух и более операций

При выполнении же одним типом машин обрезки сучьев (0) или об­резки с раскряжевкой (Р) и разными ти­пами машин валки (В) с трелев­кой (Т) К_З комплект машин будет отвечать линии смешанного агрегатирова­ния с гиб­кими связями (рис. 1.3 в). В этой схеме трелевка может производиться одним или несколькими трелевочными тракторами в запас к одной или нескольким сучкорезным или сучко-резно-раскряже­вочным машинам.

При выполнении операций валки и трелевки одним типом машин непос­редственно на лесосеке (волоке), а об­резки сучьев или обрезки сучь­ев и раскряжевки вторым на верхнем складе (заготовка и вывозка хлыс­тов или сорти­ментов) К₄ комплект машин будет отвечать линии смешан­ного агрегатирования (рис. 1.3 г).

К₅ предусматривает выполнение всех операций двумя видами тех­нических средств непосредственно на лесосеке и трелевке на верхний склад, в зависимости от вида заготавливаемой древесины, деревьев, хлыстов или сортиментов, и комплект машин будет отвечать линии смешанного агрегати­рова­ния с гибкими связями (рис. 1.3 д).

В случае выполнения всех видов операций одним ти­пом машин К₆ комплект машин будет отвечать линии смешанного агрегатирования с гибкими свя­зями (рис. 1.3 е).

Таким образом:

- схемы комплектов лесосечных машин могут отвечать линиям со смешан­ным агрегати­рованием с гибкими связями;

- характер схем комплектов машин и вид их связи обуславливает наличие запасов древесины между операциями потока, их назначение и размещение.