Технология механизированной валки деревьев

Лекция 9

3.2.1. Приемы механизированной валки деревьев

Процесс валки деревьев переносной моторной пилой включает ряд операций: осмотр дерева, подготовку рабочего места у дере­ва, подпил, спиливание и сталкивание дерева в заданном направлении, переход к следующему дереву.

При осмотре выявляют состояние ствола, на глаз устанавливают диаметр дерева и его наклон, характер строения кроны, направление и силу ветра. Силу ветра приблизительно можно определить по шкале Бофорта в баллах по следующим признакам при уме­ренном ветре (4 балла) приводятся в движение тонкие ветви деревьев; при свежем ветре (5 баллов) – колеблются большие сучья; при сильном (6 баллов) – качаются толстые сучья, а при крепком (7 баллов) – качаются стволы деревьев, гнутся боль­шие сучья и человеку трудно идти против ветра. Правилами техники безопасности механизированная валка деревьев при силе ветра 5 баллов и более запрещена.

Общее направление валки устанавливается технологической картой в зависимости главным образом от способа и направле­ния трелевки, которое в свою очередь зависит от расположения лесопогрузочных пунктов. Правильная валка деревьев имеет большое значение для обеспечения безопасности рабочих и со­хранения подроста. Поэтому при разработке лесосеки обяза­тельным условием будет валка деревьев в заданном направле­нии. Однако не исключены некоторые отклонения от общего направления валки, вызываемые невозможностью обеспечения данными инструментами безопасной и бездефектной валки от­дельных деревьев из-за их индивидуальных особенностей или по другим причинам.

Подготовка рабочего места заключается в уборке снега, кустарника, подроста и низко свисающих сучьев, в выборе и подготовке путей отхода моториста во время свободного паде­ния дерева (рис. 3.7). Из рисунка видно, что помимо подготовки места 1 у дерева, необходимо расчистить пути отхода 2 мото­риста. Чтобы обеспечить возможность оставления пней уста­новленной высоты и безопасные условия работы при глубине снежного покрова свыше 0,6 м, вальщику (мотористу) выделя­ется в помощь рабочий для расчистки снега.

Глубина подпила может быть различной, она зависит от диа­метра дерева, наклона ствола, формы и развитости кроны, направления и силы ветра. У вертикально стоящих деревьев с рав­номерно развитой кроной при отсутствии ветра глубина под­пила делается равной 1/4диаметра дерева в месте срезания. У деревьев с односторонне развитой кроной или с наклоном ствола в сторону валки, а также при попутном ветре (направ­ленном в сторону валки) глубина подпила во избежание само­произвольного падения дерева со сколом в комлевой его части увеличивается до 1/3 диаметра. При валке дерева в направле­нии, обратном его тяготению (против его наклона или против направления ветра), глубина подпила уменьшается до 1/5 диа­метра, так как при большей глубине подпила может возникнуть опасность самопроизвольного падения дерева в обратном на­правлении. Тонкие деревья срезают без подпила.

После выполнения подпила производят срезание дерева с обратной стороны. Плоскость срезания должна быть горизон­тальной и находиться на уровне верхней кромки подпила. Вы­сота пня h должна быть меньше или равна 1/3 диаметра дерева, но не более 10 см от шейки корня. Деревья, диаметр которых не превышает свободной длины пильной шины, срезаются за один или два приема (рис. 3.8, а, б). Крупномерные деревья срезаются в три приема (рис. 3.8, в). Деревья, диаметр которых равен двойной длине пильной шины, срезаются следующим об­разом. Сначала с правой стороны прорезают ствол на глубину, равную длине пильной шины, затем веерообразным движением пильной шины завершают срезание дерева. Если на лесосеке встречаются одиночные более крупные деревья, то в комлевой части с двух противоположных сторон, перпендикулярных на­правлению валки, срезают «ломти», уменьшая толщину, а потом валят обычным способом, т. е. делают подпил со стороны направления валки, а затем срезают.

д

е

г

в

а

б

Рис. 3.8. Схема подпила, спиливания дерева и формы недопила:

а, б, в – приемы спиливания; г, д, е – формы недопила;

I... III – последова­тельность спиливания дерева

У вертикально сто­ящих деревьев ширина недопила должна составлять при диаметре дерева до 0,2 м – 0,01 м; от 0,21 до 0,4 – 0,02; от 0, 41 до 0,6 – 0,03 и свыше 0,6 м –0,04 м. При валке деревьев с напенной гнилью ширину недопила увеличивают на 0,2...0,3 м. Перемычка выполняет роль шарнира при падении дерева. При этом образуется козырек, который препятствует движению комля в сторону, противополож­ную падению дерева. Без надобности ширину перемычки увеличи­вать не следует, так как тогда потребуется большее усилие для сталкивания дерева.

Формы перемычек могут быть различными. Если валят прямостойное дерево в безветренную погоду, то перемычка имеет равноширокую форму (рис. 3.8, г). При валке деревьев с бо­ковым тяготением (наклон, развитая крона или ветер) по от­ношению к направлению валки перемычку делают с уширением (рис. 3.8, д, е). Уширенная часть перемычки разрушается мед­леннее узкой части, что приводит к развороту дерева в сторону уширенной части перемычки. Выбирая нужную форму перемычки, опытный моторист производит валку деревьев в задан­ном направлении с отклонением от их тяготения до 90°.

Как только дерево начнет падать, необходимо прекратить спиливание, удалить из пропила пильный аппарат и валочное приспособление и отойти в безопасное место.

3.2.2. Схемы валки деревьев на пасеках и лентах

Способы валки деревьев на пасеках (в секторах) различны и зависят от размеров пасек, почвенно-грунтовых условий, состава лесонасаждений, наличия и размеров жизнеспособного подроста, способа трелевки и других факторов. Соблюдение способов валки позволяет создать определенный технологический порядок разра­ботки лесосеки, облегчает организацию и обеспечивает бо­лее безопасные условия труда на лесосеке.

Валка деревьев на пасеках может производиться лентами, па­раллельными пасечным волокам или под некоторым углом к ним (продольно-ленточный способ), и лентами, расположенными пер­пендикулярно к пасечным волокам (поперечно-ленточный способ).

При продольно-ленточном способе вальщик, передвигаясь вдоль волока, валит деревья вершиной по направлению трелевки, начи­ная с начала волока, или же комлем в направлении трелевки, начиная с дальнего конца волока. Такой метод получил широкое распространение при сплошнолесосечных рубках, как при трактор­ной, так и лебедочной трелевке леса.

При поперечно-ленточном способе вальщик, передвигаясь по ленте, валит деревья сразу на нескольких пасеках. У пасечных волоков деревья валятся параллельно им, а по мере удаления от волока – под углом к нему. Этот метод имеет ряд существенных недостатков (ухудшаются сохранность подроста и безопасность работы на лесосеке) и в настоящее время применяется в основном при разработке лесосек на горных склонах при тракторной трелев­ке леса.

На лесосечных работах получили применение следующие основ­ные методы разработки пасек: узких пасек, костромской, про­дольно-ленточный, ленточно-ступенчатый (рис. 3.9) и др.

Метод узких пасек (рис. 3.9, а, б)применяется на рубках главного и промежуточного пользования при трелевке деревьев (хлыстов) за вершину тракторами на лесосеках с наличием жизнеспособного подроста хвойных пород высотой 1 м и более или со слабой несущей способностью грунта. Ширина пасеки(м) принимается равной средней высоте древостоя, но не более 30 м, и может быть определена по формуле

; (3.28)

где Н–средняя высота древостоя, м; a–максимальный угол между волоком и поваленными деревьями: а =0,52 рад (30°); –ши­рина волока, м.

Волоки шириной 5 м прокладывают посредине пасек (рис. 3.9, б) или по их границам (рис. 3.9, а).

Деревья сначала валят на волоке, начиная с ближнего, к погрузочной площадке конца, вершинами по направлению трелевки. После того как деревья (хлысты) с волока стрелюют, производят валку и трелевку сначала на одной половине пасеки, а затем на второй. В зависимости от размещения подроста на пасеке и наклона деревьев они могут быть повалены на любой из смежных с пасекой волоков. При трелевке деревьев в один прием валят столько деревьев, сколько необходимо на один рейс трактора. За­тем производят трелевку. Далее весь цикл повторяется. Для удобства чокеровки обрубают вершины и сучья на расстоянии 1,5-2 м от вершины.

Рис. 3.9. Методы разработки пасек при сплошнолесосечных рубках:

———® – направление движения вальщика; ® – грузовое направление трелевки

При слабой несущей способности грунтов трелевку производят хлыстами. В этом случае каждую полупасеку разрабатывают в оп­ределенной последовательности, чтобы создать безопасные усло­вия труда рабочим, занятым на очистке деревьев от сучьев и трелев­ке (рис. 3.9, б). Деревья валят вершиной на волок аналогично трелевке деревьями и очищают от сучьев. Сучья используют для укрепления волока, при необходимости их уплотняют трак­тором. При данной схеме валки трелевка может осуществляться тракторами с канатно-чокерным оборудованием и пакетировочно-трелевочными машинами (ПТМ).

Применение способа узких пасек позволяет сохранить до 70% подроста на лесосеке. Этот способ можно использовать также при постепенных и выборочных рубках.

Костромской метод (рис. 3.9, в)применяется при тре­левке деревьев за комли тракторами на лесосеках с наличием жиз­неспособного подроста высотой до 1 м (летом до 0,5 м) в количестве 3 тыс. штук и более на 1 га при удовлетворительной и хорошей не­сущей способности грунта. Ширина пасек – 35...40 м, волока – 5...6 м. Волоки прокладывают посредине пасек. Деревья первона­чально валят на волоке, начиная с дальнего конца, комлями вперед по направлению трелевки. После трелевки деревьев с волока при­ступают к валке и трелевке сначала на одной полупасеке, а затем – на второй. Валка деревьев на полупасеках производится лентами, расположенными под углом к трелевочному волоку, начиная с даль­него конца полупасеки. Для этого на каждой ленте вальщик, вы­брав наиболее крупное дерево у волока, сначала валит его в каче­стве подкладочного под углом 0,78 рад (~ 45°) к волоку вершиной к границе делянки. Затем на это дерево производится валка всех остальных деревьев на ленте так, чтобы их вершины ложились на волок или возможно ближе к нему. Расположение комлей на подкладочном дереве оставляет их приподнятыми, что облегчает чокеровку. Смещение их по подкладочному дереву в процессе сбора пачки происходит на некоторой высоте от поверхности грунта, что обеспечивает сохранность до 65% подроста, высотой до 1 м зимой и 0,7 м летом.

Недостатком этого способа разработки пасек является ограничение ширины ленты , м и, следовательно, всей площади леса, на которой осуществляются валка и сбор объема трелюемой пачки деревьев.

, (3.29)

где М – объем трелюемой пачки, м³; q – средний запас древесины на 1 га, м³; – ширина пасеки, м.

При расчете получаемого объема пачки (3.29) ширина пасеки (30 – 40 м) ограничена высотой древостоя, а ширина ленты (7 – 10 м) – местом расположения центра тяжести дерева (примерно Н/3 от комля), который должен находиться в промежутке между подкладочным деревом и вершиной. В противном случае комель будет соприкасаться с поверхностью грунта и поставленная цель сохранения подроста окажется недостижимой.

Продольно-ленточный метод (рис. 3.9, г, д)приме­няется при тракторной трелевке за комли или вершины, когда на лесосеке отсутствует жизнеспособный подрост в требуемом количе­стве или же при искусственном лесовозобновлении.

При трелевке за комли пасека разрабатывается аналогично, как и при костромском способе. При этом возможны две схемы разра­ботки пасеки: лентами шириной 6...8 м, параллельными волоку, при этом ширина пасеки равна 45...50 м; лентами шириной 8...10 м, рас­положенными под углом 45...60° к волоку, причем ширина пасеки равна 40...45 м.

По схеме (рис 3.9, г) деревья на ленте валят под углом 45...60° к волоку, начиная с дальнего ее конца в один прием на рейс трактора.

Для набора пачки трактор при необходимости сходит с волока на ленту, а после ее формирования снова выезжает на волок. Эту схему рекомендуется применять зимой при неглубоком снеге, а ле­том — при хорошей несущей способности грунтов на лесосеках.

При трелевке деревьев ПТМ в схему (рис. 3.9, г) вносятся изменения. Пасека располагается по одну сторону (слева от направления трелевки) от волока. Ее ширина , где R, r – максимальный и минимальный вылеты манипулятора ПТМ. Деревья валятся с отвалом от стены леса на 10 – 15° либо параллельно волоку.

По схеме (рис. 3.9, д)ленты разрабатываются последо­вательно, начиная с дальнего конца пасеки. Деревья валят на ленте под небольшим углом к волоку вершинами в сторону волока. Пачку трактор набирает, не сходя с волока. Эту схему целесообразно при­менять на лесосеках с удовлетворительной несущей способностью грунтов, при глубоком снеге или неровном рельефе местности.

Ленточно-ступенчатым методом (рис. 3.9, е, ж)разработку пасек ведут при тракторной трелевке в хвойных насаж­дениях Красноярского края, на переувлажненных почвах с преоб­ладанием крупного подроста. Ширина пасек равна 2Н – 10 м, где H – высота насаждения, м. Пасека разрабатывается тремя или двумя продольными лентами, примерно равными по ширине.

Если трелевка деревьев (хлыстов) производится лебедками, па­сека имеет треугольную форму и называется лесосечным сектором. Трелевочный волок на такой пасеке в зависимости от ее ширины в дальнем конце прокладывается посредине или по границе пасеки. Пасека разрабатывается продольными лентами (рис. 3.10, а). Сна­чала производят валку деревьев на волоке, а затем – на боковых лентах. В зависимости от способа трелевки (за вершину или ко­мель) валку начинают с ближнего или дальнего конца пасеки.

Рис. 3.10. Схемы разработки пасек:

a – при трелевке леса лебедками; б, в – при биологической сушке деревьев;

----® – направле­ние движения вальщика в пасеке; -® – направление грузового движения трактора

При расположении волока по границе пасеки трелевочный канат можно переносить с пасеки на пасеку. Однако в этом случае сильно повреждается подрост и молодняк.

При вывозке леса к сплавным путям лесосеки с содержанием мягколиственных пород (береза, осина и др.) рекомендуется разра­батывать в весенне-летний период с применением биологической сушки деревьев. Сущность биологической сушки заключается в том, что при прекращении в период вегетации подачи соков из почвы (отделением ствола дерева от корневой системы) происходит испарение влаги из ствола дерева через листья (хвою). Благодаря этому плотность древесины снижается и возможен молевой сплав лист­венных пород с минимальными потерями от утопа.

Применяются два способа биологической сушки де­ревьев на лесосеке: кольцеванием на корню (снятием коры в форме кольца); оставлением сваленных деревьев с необрубленной кроной до пожелтения листьев.

Первый способ используют для подготовки к сплаву лиственницы, а второй – березы и других мягколиственных пород. Биологиче­скую сушку начинают после развертывания листьев у березы и оси­ны (примерно 5 мая) и оканчивают за две-три недели до пожелте­ния листьев (примерно до 1 сентября).

При втором способе технология разработки пасек отличается от общепринятой, так как на лесосеке необходимо создать большой запас спиленных деревьев, потому что сушка длится 15...20 дней.

Рекомендуются две схемы разработки пасек при биологической сушке спиленных деревьев на лесосеке (рис. 3.10, б, в). По первой схеме производится сушка всей поваленной древесины, когда объ­ем мягколиственных пород превышает 30% эксплуатационного за­паса на лесосеке, по второй схеме – сушка только лиственной дре­весины (объем мягколиственных пород составляет 10...30% эксплу­атационного запаса на лесосеке). Хвойные деревья, не подлежащие сушке, отсортировывают в этом случае при трелевке.

При биологической сушке всех деревьев на лесосеке пасеки раз­рабатывают в три приема (рис. 3.10, б). В первый прием валят деревья на волоке комлями в сторону трелевки, начиная с дальнего конца. Волок намечается посредине пасеки и в целях повышения интенсивности биологической сушки должен иметь ширину 10 м. После трелевки подсушенных деревьев с волока во второй прием валят деревья на одной половине пасеки. Закончив трелевку подсу­шенных деревьев с этой полупасеки, приступают к валке деревьев на второй половине пасеки. Каждая полупасека разрабатывается аналогично костромскому способу, т. е. лентами, расположенными под углом p/4 рад (~ 45°) к трелевочному волоку, начиная с даль­него конца.

При биологической сушке только лиственных деревьев пасеки разрабатывают также в три приема, но в несколько другом порядке (рис. 3.10, в). Волок прокладывается посредине пасеки шириной 5...6 м. После трелевки лиственные породы в пачках оставляют на просушку на погрузочном пункте, а хвойные грузят на лесо­возный транспорт. Затем приступают к разработке последователь­но одной и второй полупасек, начиная с дальнего конца. Каждая полупасека разрабатывается лентами, расположенными под углом p/4 рад (~ 45°) к волоку. Сначала на ленте валят лиственные де­ревья под углом 0,35...0,52 рад (20...30°) к волоку комлями по на­правлению трелевки, которые служат подкладочными для хвойных деревьев. Далее производят валку хвойных деревьев на ленте под углом 0,80 рад (~ 45°) к трелевочному волоку в объеме нагрузки на рейс трактора, чокеруют их и доставляют на погрузочный пункт. Лиственные деревья остаются на лесосеке для сушки. После завер­шения биологической сушки бригада прекращает валку и присту­пает к трелевке лиственных деревьев.

Технология валки деревьев с подсортировкой. Вывозка с лесосеки подсортированной древесины создает условия для специализации потоков нижнего склада на обработке однородного сырья. Это позволяет без снижения выхода деловой древесины использовать высокопроизводительные раскряжевочные установки с поперечным перемещением хлыста и непрерывной подачей, а также установки для групповой раскряжевки хлыстов.

В отличие от сортировки круглых лесоматериалов, подсортировка – это переместительная операция, предназначенная для распределения деревьев и хлыстов по определенным компонентам. Под компонентом следует понимать совокупность деревьев или хлыстов, характеризующихся определенными признаками подсортировки. Ими являются породный состав, размеры, форма и качество деревьев и хлыстов.

Подсортировка в процессе валки производится при трелевке вершинами вперед, может осуществляться по схемам на рис. 3.9, а, б, е, ж. При этом на лентах деревья каждого компонента валят поочередно. Вальщик после валки деревьев первого компонента в объеме, соответствую­щем нагрузке на рейс трактора, переходит на другую ленту. После этого на первой полосе происходит очистка деревьев от сучьев и трелевка хлыстов. Затем вальщик возвращается на первую полосу для валки деревьев следующего компонента. Далее процесс повторяется. Число переходов вальщика между полосами соответствует числу компонентов подсортировки. За счет этого происходит снижение производительности бензиномоторных пил.

Трелевка вершинами вперед дает возможность, за счет сосредоточения на малой площади вершин деревьев при их валке, обеспечить сбор пачки с одной рабочей позиции трак­тора. При этом снижения производительности трактора можно избежать, но только при подсортировке не более чем на два компонента.

Подсортировка в процессе сбора пачки может быть выполнена при трелевке комлями вперед (рис. 3.10, в). При этом на ленте сначала производят валку деревьев первого компонента (например, деревьев лиственных пород) параллельно волоку, затем – деревьев второго компо­нента (деревьев хвойных пород) с укладкой вершин на волок. Сначала осуществляются чокеровка и трелевка деревьев второго, а затем первого компо­нентов. При больших запасах леса на 1 га, когда с одной рабо­чей позиции обеспечивается сбор полнопогрузной пачки, сни­жение производительности трактора не происходит.

3.2.3. Производительность труда

при механизированной валке деревьев

Цикл обработки одного дерева (Т) включает в себя время перехода моториста между деревьями (t_п.д.), время подготовки рабочего места (t_п.р. = 30-50 с), время выполнения подпила и спиливания (t_п.с.), время сталкивания дерева с пня и его падение (t_ст.= 3-10 с).

Элементы цикла определяются из следующих уравнений:

; (3.30)

, (3.31)

где - скорость моториста при его движении между деревьями (); - производительность чистого пиления бензопилы, м²/с; - коэффициент использования производительности чистого пиления (_.= 0,50,6); d_с – диаметр дерева в месте срезания, м; р – коэффициент увеличения площади пропила за счет подпила (р = 1,151,25); - доля вырубаемого компонента.

С учетом выражений (3.30), (3.31) время цикла обработки одного дерева определится по формуле

. (3.32)

Часовая и сменная производительности машин найдутся по формулам (2.54) и (2.58) при условии, что А = V.

Дата добавления: 2014-01-20