Введение. С 1992 года на кафедре ТОЛП ПГТУ совместно с МГУЛ ведутся исследования по использованию подроста естественного происхождения в качестве культур на вырубках малой площади. Подрост выкапывается с площадей гарантированного уничтожения и пересаживается после проведения очередного приема рубки вместо уничтоженного или поврежденного - на полупасеки (но не на площади волоков, лесопогрузочных пунктов и зоны безопасности). Доказано, что приживаемость, качество будущих насаждений, устойчивость к болезням и вредителям гораздо выше, чем у культур из питомника [5]. При этом формируется разновозрастный древостой улучшенного состава.
Цель исследования: формирование вариантов систем машин на основе функционального анализа и синтеза процессов пересадки подроста.
Материал и методы исследования. При подготовке материалов статьи использованы методы функционального анализа и системного подхода.
Обрабатывающие операции технологического процесса пересадки подроста направлены на изменение формы напочвенного покрова лесосек и вырубок. ВИ - выкопка подроста индивидуальная; ВЯ - выкопка ямок для посадки подроста.
Операции, тесно связанные с обрабатывающими, следующие: РК - доставка и раскладка контейнеров; ДТС - доставка подроста в транспортное средство; ДТСК - доставка подроста в транспортное средство с одновременным контейнерованием прикорневой глыбки; ДВХ - доставка подроста к месту временного хранения; ДВХК - доставка подроста к месту временного хранения с одновременным контейнерованием прикорневой глыбки; ВОП - выгрузка с одновременной посадкой; ЗПУП - захват и перемещение с установкой для посадки.
К транспортным операциям следует отнести: ПТ - погрузка на транспортное средство; ТП - транспортировка подроста; ВВХ - выгрузка для временного хранения; ВВХК - выгрузка для временного хранения с одновременным контейнерованием прикорневой глыбки.
Ниже представлены функциональные схемы процессов выкопки, транспортировки и посадки подроста при индивидуальной выкопке с корневой глыбкой.
1 ВИ -> ДТС -> ТП -> ВЯ -> ВОП;
2 ВИ -> ДТС -> ТП -> ВВХК -> ВЯ -> ЗПУП;
3 ВИ -> РК -> ДТСК -> ТП -> ВЯ -> ВОП;
4 ВИ -> РК -> ДВХК -> ПТ -> ТП -> ВЯ -> ВОП;
5 ВИ -> РК -> ДВХК -> ПТ -> ТП -> ВВХ -> ВЯ -> ЗПУП.
Для осуществления вышеперечисленных вариантов необходимо выполнить ряд условий, при которых обеспечивается приживаемость подроста. К таким условиям можно отнести наличие выкапывающего устройства [1-4], соответствующий состав грунта для сохранения формы глыбки либо введение дополнительной операции по раскладке биологически растворимых в грунте контейнеров (РК).
Главным определяющим параметром выбора агрегата является расстояние между местами выкопки и посадки. Следует учитывать почвенно-грунтовые условия, полноту насаждения, технологию пересадки (с временным хранением или без него) и др.
Результаты исследования и их обсуждение. В результате исследования предложены следующие наиболее приемлемые с функциональной точки зрения варианты агрегатирования.
1. ВИ -> ДТС (ДТСК, ДВХК). Для выполнения этих функций на базовом шасси должен быть манипулятор с выкапывающим устройством. Мощность двигателя должна реализовываться главным образом в процессе выкопки подроста на тяжелых грунтах.
2. ПТ -> ТП -> ВЯ -> ВОП. Для выполнения функций варианта 2 агрегат должен иметь манипулятор с выкапывающим устройством (последнее используется также для захвата и погрузки бывшего на хранении подроста) и тележкой. В варианте 2 мощность двигателя базового шасси должна быть рационально использована как на выкопке ямок, так и при транспортировке подроста. Варианты могут использоваться в функциональной схеме 4.
3. ВЯ -> ЗПУП. Большой скорости агрегату не требуется, зато нужен скоростной мощный манипулятор с выкапывающим устройством, на привод которого в основном расходуется мощность двигателя. Вариант может использоваться в функциональной схеме 5.
4. ВИ -> ДТС -> ТП -> ВЯ -> ВОП. Вариант создает условия, при которых все функции выполняются одной машиной. Агрегат найдет применение при условиях, когда места выкопки и посадки близки друг к другу. Рациональное распределение энергии - одна из важных задач конструирования такого агрегата. Агрегат реализует функциональную схему 1.
5. ПТ-ТП-ВВХ. Вариант 5 для погрузки подроста, выгрузки на временное хранение оборудуется манипулятором (с устройством для захвата и выгрузки) и тележкой. Агрегат должен быть скоростной, поскольку главной его задачей является транспортировка, а манипулятор - легкий и маневренный. Агрегат может быть включен в функциональную схему 5.
6. ПТ -> ТП. Агрегат должен состоять из базового шасси с манипулятором с захватным устройством и тележкой. Лучше, если тележка прицепная. Тогда, отцепив тележку с подростом у места посадки и прицепив порожнюю, агрегат, не дожидаясь посадки, отправляется к месту выкопки. Для этого в технологическом комплексе должно быть не менее 3 тележек. Вариант может быть использован в функциональных схемах 4, 5.
7. ТП. Вариант 7 может быть использован в функциональной схеме 1.
Заключение. Предложенные в табл. 1-4 варианты агрегатирования позволят работникам лесопромышленного комплекса, заинтересованным в развитии парка лесосечных и лесовосстановительных машин, ознакомиться с новыми направлениями развития техники и технологии с целью последующего их эффективного внедрения в производственную деятельность и могут быть использованы малообъемными лесозаготовительными предприятиями при проектировании рубок с совмещенным лесовосстановлением.
Статья подготовлена в рамках научно-исследовательской деятельности ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет» по заданию Министерства образования и науки РФ в 2012 году № 7.1846.2011.
Таблица 1 - Системы машин при сочетании функций по функциональной схеме 1
|
Сочетание функций |
ВИ |
ДТС |
ТП |
ВЯ |
ВОП |
Примечание |
||
|
по лесосеке |
по дороге |
|||||||
| a |
|
На всех операциях работает один агрегат. |
||||||
| б
|
|
|
Работают два агрегата: один на выкопке, другой на транспортировке и посадке |
|||||
| в
|
|
|
|
Работают три агрегата: один на выкопке, другой на транспортировке, третий на посадке. |
||||
| г
|
|
|
Работают два агрегата: первый на выкопке и транспортировке, второй на посадке.
|
|||||
|
д
|
|
|
|
|
Работают четыре агрегата: один на выкопке, другой на транспортировке по лесосеке, третий на транспортировке по дороге, четвертый на посадке. |
|||
|
е |
|
|
|
Работают три агрегата: один на выкопке и транспортировке по лесосеке, второй на транспортировке по дороге, третий на посадке. |
||||
Таблица 2 - Системы машин при сочетании функций по функциональной схеме 2
|
Сочета-ние функ-ций |
ВИ |
ДТС |
ТП |
ВВХК |
ВЯ |
ЗПУП |
Примечание |
|
|
по лесосеке |
по дороге |
|||||||
|
а |
|
|
|
Работают два агрегата: первый на выкопке, транспортировке и выгрузке с контейнированием, второй на выкопке ямок и посадке.
|
||||
|
б |
|
|
|
|
Работают три агрегата: первый на выкопке, второй на транспортировке и выгрузке контейнированием, третий на выкопке ямок и посадке. |
|||
|
в |
|
|
|
Работают три агрегата: первый на выкопке, второй на транспортировке, третий на выгрузке с контейнированием, выкопке ямок и посадке. |
||||
|
г |
|
|
|
|
Работают четыре агрегата: первый на выкопке, второй на транспортировке по лесосеке, третий на транспортировке по дороге, четвертый на выгрузке с контейнированием, выкопке ямок и посадке. |
|||
Таблица 3 - Системы машин при сочетании функций по функциональной схеме 3
|
Сочета-ние функций |
ВИ |
РК |
ДТСК |
ТП |
ВЯ |
ВОП |
Примечание |
|
|
по лесосеке |
по дороге |
|||||||
|
а |
|
Работает один агрегат на всех операциях. |
||||||
|
б |
|
|
Работают два агрегата: первый на выкопке и погрузке с контейнированием, второй (с облегченным технологическим оборудованием) на транспортировке, выкопке ямок и посадке. |
|||||
|
в |
|
|
|
Работают два агрегата: первый на выкопке, контейнировании, транспортировке и посадке, второй на выкопке ямок. |
||||
|
г |
|
|
|
Работают три агрегата: первый на выкопке и погрузке с контейнированием, второй на транспортировке, третий на выкопке ям и посадке. |
||||
|
д |
|
|
|
|
Работают четыре агрегата: первый на выкопке и погрузке с контейнированием, второй на транспортировке по лесосеке, третий на транспортировке по дороге (требуются 4 сменные тележки), четвертый на посадке. |
|||
Таблица 4 - Системы машин при сочетании функций по функциональной схеме 4
|
Сочета-ние функций |
ВИ |
РК |
ДВХК |
ПТ |
ТП |
ВЯ |
ВОП |
Примечание |
|
|
по лесосеке |
по дороге |
||||||||
|
а |
|
|
Работают два агрегата: первый на выкопке и контейнировании, второй на погрузке, транспортировке и посадке. |
||||||
|
б |
|
|
|
Работают два агрегата: первый в разное время выкапывает и укладывает в контейнеры, а затем с подцепленной тележкой производит погрузку и транспортировку, смену тележек, возвращение к месту выкопки; второй на посадке. |
|||||
|
в |
|
|
|
Работают три агрегата: в разное время первый на выкопке, контейнировании и погрузке; второй на транспортировке (с тремя сменными тележками); третий на посадке. |
|||||
|
г |
|
|
|
Работает один агрегат: в разное время выкапывает подрост и контейнирует, а затем с прицепленной тележкой производит погрузку, транспортировку и посадку. |
|||||
Таблица 5 - Системы машин при сочетании функций функциональной схеме 5
|
Сочета-ние функций |
ВИ |
РК |
ДВХК |
ПТ |
ТП |
ВВХ |
ВЯ |
ЗПУП
|
ПРИМЕЧАНИЕ |
|
|
по лесосеке |
по дороге |
|||||||||
|
а |
|
|
|
|
Работают три агрегата: первый на выкопке и контейнировании, второй на погрузке, транспортировке и выгрузке, третий на выкопке ям и посадке. |
|||||
|
б |
 
|
|
|
Работают три агрегата: один на выкопке, контейнировании и погрузке, второй на транспортировке, третий на выгрузке, выкопке ям и посадке. |
||||||
Рецензенты
Войтко Петр Филиппович, д.т.н., профессор, декан лесопромышленного факультета, ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.
Царев Евгений Михайлович, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.