лесосечные работы

Фрезерными устройствами срезают сучья путем последовательного удаления ряда отдельных стружек вращающимся многорезцовым инструментом (фрезой), роторные-резцами, укрепленными на кольцевом вращающемся роторе, пильные устройства копируют форму ствола путем охвате поперечного сечения гибкой лентой пилы или путем враща- тельно-поперечного перемещения пилы и ствола.

Обламывающие устройства удаляют сучья за счет перемещения деревьев через препятствия, пригибающие и ломающие сучья, или при перемешивании пачки деревьев.

Наибольшее распространение получили машины с устройством перерезывающего типа. Режущий инструмент имеет различное конструктивное исполнение: жесткие профильные ножи шарнирные жесткие ножи, ножевые цепи, спирально-петлевые ножи.

В практике создания сучкорезных и многооперационных машин наибольшее распространение получили жесткие профильные ножи.

Сучковатость деревьев характеризуется числом, размерами и размещением сучьев по стволу, и зависит от породы и размера деревьев, а также от лесорастительных условий – бонитета и полноты насаждений. При высоком бонитете и низкой полноте насаждений число и размер сучьев на деревьях максимальны. В плохих условиях произрастания и в сомкнутых древостоях число сучьев меньше из-за отмирания нижних ветвей.

Расстояние от комлевого среза до первого сука образует бессучковую зону, которая, в среднем, для основных промышленных пород колеблется в пределах: Е – 5…9 м; Б, Ос, С – 12…13 м. Однако, как отмечалось выше, в зависимости от условий произрастания эта величина может колебаться в очень широких диапазонах.

Число сучьев. У хвойных пород сучья располагаются т.н. мутовками по 4…6 сучьев в мутовке, число мутовок на стволе пропорционально высоте и диаметру дерева. У лиственных пород расположение сучьев не мутовчатое, но у них чаще встречаются пасынки – сучья превратившиеся во второй ствол. Среднее число сучьев для основных промышленных пород сведено в табл. 3.6.

Размеры сучьев. Сучья характеризуются по следующим признакам: диаметру у основания; длине; площади среза; углу врастания и твердости у основания, относительно стволовой древесины. Усредненные показатели для основных промышленных пород сведены в таблице 3.6.

Исследованиями ЦНИИМЭ установлено, что суммарная площадь среза сучьев на крупных деревьях всех пород (при диметре на высоте груди более 56 см) примерно одинакова и равна 0,1…0,4 м2. У деревьев с

81

диаметром на высоте груди около 32 см площадь среза примерно равна 0,1 м2.

В зависимости от применяемого инструмента процесс очистки деревьев от сучьев может протекать с образованием стружки (цепные пилы, фрезы) и без образования стружки (ножи, цепные браслеты, канатные петли).

Таблица 3.6 Усредненные характеристики сучковатости деревьев основных промыш-

ленных пород

При поштучной обработке деревьев наибольшее распространение получили стационарные ножевые головки.

При резании ножами сила резания определяется как:

где: Рн – усилие надрезания волокон древесины лезвием ножа; Рд – усилие деформации древесины передней гранью ножа; Рз – усилие на преодоление сопротивлений на задней грани ножа; Рв – усилие на преодоление сопротивлений на верхней грани ножа.

где: qл – предел прочности древесины на перерезание поперек волокон, кН/м2; ρ - радиус затупления режущей кромки ножа, м; µл – коэффициент трения лезвия ножа о древесину; δ - угол резания ножа; dc – диаметр сука; х – глубина внедрения ножа.

где: σсм – сопротивление смятию древесины, кН/м2; tн – толщина ножа, м; µд – коэффициент трения передней грани ножа о древесину.

82

где: Ку – коэффициент упругого восстановления волокон древесины, кН/м3; Fз – площадь контакта задней грани ножа с древесиной, м2; µз – коэффициент трения задней грани ножа о древесину.

где: Fв – площадь контакта верхней грани ножа с древесиной, м2; µв – коэффициент трения верхней грани ножа о древесину.

Для практических расчетов можно принять µд=µл=µз=µв=µ Необходимые для расчета справочные значения для основных

промышленных пород составят – табл. 3.7.

Для упрощения расчетов при диаметре сучьев более 40 мм приме-

где: Рmax – максимальная величина усилия резания; аП – поправочный коэффициент на породу древесины; аδ - поправочный коэффициент на угол

δ

резания, при δ=15 – 60 аδ = 30

Средняя величина усилия резания (Рср) принимается равной поло-

вине от Рmax.

Мощность двигателя привода протаскивающей каретки определится по формуле:

где: vр - скорость протаскивания дерева, м/с; η - КПД передач от двигателя к приводу захвата (0,82…0,75).

Значение усилия протаскивания для однорядной ножевой головки определяется по формуле:

где: i – число одновременно срезаемых сучьев (для ели – 3; для сосны, березы и осины - 2); FТ – сила трения ножей о поверхность ствола, Н; WТ

– сила собственных сопротивлений протаскивающего устройства с комлем дерева в захвате, Н.

где: к – коэффициент трения ножа по коре (0,2…0,25); z – количество ножей в сучкорезной головке (для самоходных машин обычно составляет 3 шт).

(3.71) Для машин с гусеничным протаскивающим устройством (ЛП-51)

WT = 2(0,5Q + qГ LГ + QГ ) 2 , (3.72) где: Q – вес среднего дерева, Н; GK – вес каретки, Н; QГ – усилие прижатия гусеницы; L1 – длина гусениц; q1 – вес одного погонного метра цепи (берется из задания); qГ – вес одного метра гусеницы; µ2 – коэффициент сцепления гусениц со стволом (µ2 =0,3-0,5); GK – вес каретки, Н; 0 – коэффициент сопротивления движению каретки по стреле.

Мощность протаскивающего механизма определяется по формуле:

ηu

где: и – скорость протаскивания, м/с; ηи – КПД механизма.

3.6.2.Очистка деревьев от сучьев ручным моторным инструментом

Внастоящее время технология лесосечных работ с вывозкой из лесосеки деревьев практически сошла не нет. Поэтому очистка деревьев от сучьев, в подавляющем большинстве случаев, производится на лесосеке или на верхнем складе. Для этого используются либо самоходные сучкорезные машины, либо ручные моторные инструменты – универсальные бензиномоторные пилы и бензосучкорезки.

Универсальные бензиномоторные пилы (с низким расположением рукоятей) успешно применяются как на валке, так и на обрезке любых сучьев вместо сучкорезной машины, когда приходится разрабатывать небольшие лесосеки, при проведении несплошных рубок главного пользования или ухода за лесом, при сортиментной заготовке леса без использования многооперационных машин.

Производительность на очистке деревьев от сучьев зависит от: среднего объема хлыста; -породы деревьев; вида очистки (грубая или заподлицо); глубины снежного покрова; - времени года; - количества сучьев (класса сучковатости).

84

Вид очистки существенно влияет на производительность труда. ГОСТ на лесоматериалы требует срезания сучьев заподлицо с поверхностью дерева. Однако в случаях, когда возможна грубая очисткапроизводительность возрастает на 30%.

Данных по влиянию глубины снежного покрова на производительность процесса обрезки сучьев в литературных источниках не приводится.

Время года, а точнее температура окружающего воздуха, сказывается на процессе очистки деревьев от сучьев косвенно. При валке леса бензиномоторными пилами при низких температурах значительная часть сучьев при ударе о землю обламываются, следовательно, сокращается время на срезание оставшихся сучьев. Данных по количеству обламывающихся сучьев нет, однако исследования по потере элементов кроны в процентах от массы кроны позволяет дать им ориентировочную количественную оценку (см. табл. 3.8).

Вместе с тем данные табл. 3.8 не позволяют судить о количестве пеньковых остатков сучьев, подлежащих спиливанию.

Таблица 3.8 Потери элементов кроны при валке в % от массы кроны

Для механизированной обрезки сучьев, используются универсальные бензиномоторные пилы массой от 5...6 до 7...8 кг, при этом необходимо придерживаться следующих требований:

•срезать сучья как можно ниже к поверхности ствола, но без повреждений пильной цепью стволовой древесины;

•срезать сучья от комля к вершине, а во время обрезки находиться с левой по ходу движения стороны ствола дерева;

•во время обрезки сучьев пила должна либо опираться о ствол, либо скользить по нему, а при подведении пильного аппарата к сучку надо давать максимальные обороты;

•при срезании сучьев следует проявлять осторожность и рассчитывать необходимые рабочие движения заранее, стараясь подводить пильную шину к сучку под прямым углом;

•занимать устойчивое положение перед обрезкой сучьев, незначительно наклоняя туловище вперед;

85

•ставить ступни ног на расстоянии 30...40 см друг от друга, а концы ступней не ближе 10 ... 12 см от дерева; менять положение ног можно только после окончания рабочего цикла или когда пильная шина находится на противоположной стороне ствола, а корпус пилы опирается о ствол;

•запрещается начинать пиление концевой частью пильного аппарата во избежание возможного отбрасывания пилы на моториста;

•работать необходимо в специальных перчатках;

•подавать пилу на сучок следует при обязательном упоре пилы в двух точках (пильной цепью на сучок и корпусом пилы на ствол дерева);

•запрещается находиться на стволе поваленного дерева во время срезания сучьев.

Приемы обрезки сучьев бензиномоторными пилами хорошо отработаны и широко применяются на практике.

Наибольшее распространение получил рычажный метод, который разделяется на шести- и трехсекционный. Шестисекционный метод используется, когда сучья располагаются часто на стволе (расстояния между мутовками менее 70 см), а трехсекционный — при расстоянии между мутовками более 70 см (рис. 3.14 а и б).

Рабочий цикл состоит из шести разных фаз. Ствол дерева по длине сучковой зоны условно разделяется на участки длиной около 70 см и на каждом из них выполняется полный цикл. Пилу перемещают в определенном порядке от сучка к сучку. Отдельно срезаются нижние сучья, при этом необходимо следить за положением ствола. Тонкие сучья срезают группами маховыми движениями пилы.

При спиливании сучка первой секции необходимо: принять устойчивое положение, пилу подвинуть по стволу, при этом пильная шина должна быть направлена вниз и вперед. Сучок отпиливают верхней ветвью цепи, надавливая правой рукой заднюю рукоятку вниз и назад. Нижняя часть пилы служит точкой опоры для рычажного движения. Надо следить за тем, чтобы носок шины не задел следующего сучка. Во время пиления не следует поднимать пилу со ствола дерева.

При срезании сучьев первой секции рабочий занимает следующее положение: правая нога должна упираться коленом в ствол, а левая в сучок третьей секции в 40 см от ствола дерева. Носки ступней должны быть направлены внутрь и вперед. Захват передней рукоятки осуществляется левой рукой. Затем перемещением пилы к правой ноге спиливают сучья второй секции. Передвигая корпус вперед и вдоль ствола, правой рукой нажимают на заднюю рукоятку пилы. Перемещая заднюю рукоятку к стволу, верхней ветвью цепи спиливают сучок второй секции, при этом важное значение приобретает удобная рабочая поза, при которой туловище должно занимать относительно прямое положение, без замет-

86

ного напряжения в теле, ноги должны быть слегка согнуты в коленях, а ступни ног перемещать не следует. Сучок третьей секции спиливается перемещением пилы вдоль ствола влево от оси дерева в сторону сучка. Для этого моторист опирается коленом правой ноги о ствол, при этом левая нога находится немного впереди в полусогнутом положении на расстоянии приблизительно 40 см от ствола дерева, после чего производится спиливание сучка третьей секции. Пиление происходит при надавливании левой рукой на переднюю рукоятку вперед и вниз. Срезание сучка третьей секции производят нижней ветвью пильной цепи.

Рис. 3.14. Последовательность срезания сучьев:

а — при трехсекционном методе; б — при шестисекционном методе; в - при маятниковом методе

После спиливания сучка третьей секции полотно пильного аппарата направлено вниз и вперед. Пилу задерживают в таком положении и перемещают вперед, пока она не займет положения для спиливания сучка четвертой секции верхней ветвью цепи. При движении вперед пилу нельзя приподнимать. Сучок спиливают давлением правой руки на заднюю рукоятку вниз. Левое колено и правая часть корпуса пилы служат точкой опоры, при этом левую ручку передвигают влево и вниз по передней рукоятке и пилу опрокидывают на ствол. С целью удаления колена левой ноги как можно дальше от пильной цепи левую ногу выпрямляют с одновременным выполнением описанного приема.

87

Для приведения пильного аппарата к сучку пятой секции левой рукой захватывают переднюю рукоятку таким образом, чтобы пила находилась на стволе дерева в горизонтальном положении на боку со стороны полотна пильной шины. При этом большой палец правой руки касается рычага управления дроссельной заслонкой. Сучок спиливается надвиганием правой рукой задней рукоятки на себя.

Когда рабочее движение по обрезке сучка пятой секции заканчивается, колено правой ноги опирается о ствол дерева. В таком положении пилу продвигают для спиливания сучка шестой секции. С этой целью пилу поворачивают на 90° против часовой стрелки вокруг оси пильного аппарата, полотно шины располагают под острым углом к оси ствола дерева. Одновременно продвигают вперед правую ногу до уровня задней рукоятки. Ноги при этом занимают устойчивое положение. Сучок спиливают нижней ветвью пильной цепи, придавливая вперед и вниз пилу за переднюю рукоятку. Колено правой ноги опирается о ствол дерева. Во время спиливания сучка левую ногу продвигают вперед на 40 ... 50 см для подготовки к следующему циклу.

Нижние сучья спиливают в направлении от вершины к комлю. Ноги в этом случае должны находиться на незахламленном участке, в 30 ...

40 см от ствола. Сам сучок спиливают нижней ветвью пильной цепи, перемещая заднюю рукоятку вправо.

Наилучшее положение моториста при обрезке сучьев - это относительно прямое его положение при слегка согнутых коленях, когда ствол дерева находится от уровня земли на 50 ...70 см.

При обрезке многочисленных тонких сучьев, а также сучьев на деревьях с неравномерно расположенными мутовками применяют маятниковый метод (рис. 3.14, в). При использовании этого метода, например, в густых хвойных насаждениях пильный аппарат перемещают вдоль ствола. Первоначально обрезаются сучья со стороны моториста верхней ветвью пильной цепи движением пилы от себя, затем верхние сучья ствола срезают движением на себя, а сучья с противоположной стороны и частично нижние - движением пилы от себя.

Наилучшим образом нижние сучья можно обрезать, если есть возможность повернуть дерево на угол менее 90°. В этом случае создаются необходимые условия для срезания сучьев мотористом в выпрямленном положении корпуса тела, при этом сучья обрезаются как нижней, так и верхней ветвью пильной цепи.

При обрезке сучьев с помощью самоходных сучкорезных машин ЛП-ЗОГ и ЛП-ЗЗА во избежание поломки сучкорезной головки, разрыва каната и повреждения других узлов машины крупные деревья лиственных пород (осину и березу) следует отсортировывать в отдельный штабель, а обрезку с них сучьев производить бензиномоторной пилой. Уда-

88

ление сучьев производится приемами, отличающимися от уже описанных. В первую очередь срезаются сучья, мешающие дальнейшей работе. Необходимо уделять внимание, чтобы при срезании крупных сучьев не произошло зажима пильной шины. С этой целью необходимо производить предварительное подпиливание у места сжатых волокон, а затем уже выполнять пропил. Надо также внимательно следить, чтобы срезаемые сучья при падении не нанесли травму.

Если сук имеет большие размеры, то его следует срезать частями. Сначала срезают более мелкие ветки, а затем у основания и сам сук. Необходимо следить за тем, чтобы срезанные ветки не мешали работе и не загромождали рабочего места. Во всех случаях при обрезке крупных сучьев необходимо проявлять максимальную осторожность, и, прежде всего, избегать зажима пильной шины.

3.6.3. Машинная очистка деревьев от сучьев

История создания и развития специальной лесозаготовительной техники, предназначенной для очистки деревьев от сучьев, имеет относительно небольшой временной промежуток. Вместе с тем, за эти годы отечественными конструкторами было разработано, а промышленностью выпущено большое количество моделей машин предназначенных как для поштучной, так и для групповой обработки деревьев в условиях лесосеки. В результате таких поисков сложилась современная концепция компоновки мобильных сучкорезных машин.

Для работы на лесосеке сучкорезная машина должна быть негромоздкой по габариту и достаточно маневренной, не уступающей по подвижности трелевочному трактору. Всякого рода прицепные устройства, будь то ферма или тележка, снижают маневренность машины, а также ее производительность и делают в итоге малопригодной для использования на лесосеке. Примером тому могут служить сучкорезные машины СМ-2, ЛО-72 и ЛП-15 (рис. 3.15) с прицепной фермой, которые хотя и выпускалась серийно, но вскоре были сняты с производства.

Также не нашли широкого применения установки для групповой очистки деревьев от сучьев в условиях лесосеки, ЛО-25, ЛО-39, тросовые устройства (рис. 3.16), из-за низкого качества очистки.

Наилучшим решением является такое, когда сучкорезное оборудование компактно монтируется на трелевочном тракторе. В этом случае сохраняется высокая подвижность машины, что важно при переездах своим ходом по лесосеке и с лесосеки на лесосеку, а также достигается взаимозаменяемость узлов и агрегатов с другими базовыми машинами, работающими на мастерском участке. Для сучкорезных машин подходят

89

базовые конструкции как гусеничных трелевочных тракторов ТДТ-55А и ТТ-4, так и колесных машин.

Рис. 3.15. Сучкорезные машины с прицепной фермой: а) СМ-2 – транспортное положение; б) СМ-2 – рабочее положение; в) ЛП-15 – рабочее положение: 1 – сучкорезная головка; 2 – гидроманипулятор; 3 – толкатель сучьев; 4 – аутригер; 5 – лебедка; 6 – кабина оператора; 7 – ферма протаскивающего механизма; 8 – захват; 9 – канат; 10, 11 – блоки

В настоящее время на отечественном рынке представлены машины известных марок ЛП-30Г, ЛП-33А, ЛП-33Б с качающейся поворотной стрелой (рис. 3.17, а), и сравнительно новые машины с гусеничным или вальцовым протаскивающим механизмом постоянного действия и подающим гидроманипулятором – СМ-33 и ЛП-51 (рис. 3.17, б), на базе этих машин несложно организовать выпуск процессоров, если на них появится повышенный спрос, примером такой модернизации является известная ЛО-120, производства Сыктывкарского машиностроительного завода.

90