CC BY
26
3. ТЕХНОЛОГИЯ ТА УСТАТКУВАННЯ
УДК 630.31:658.011.51
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ГУСЕНИЧНИХ ТА КОЛ1СНИХ
ТРЕЛЮВАЛЬНИХ ТРАКТОР1В НА Л1СОВЕ СЕРЕДОВИЩЕ В УМОВАХ СКОЛ1ВСЬКИХ БЕСКИД1В
Н.1. Библюк1, О.А. Стиратвський2, М.1. Герис3, М.М. Бойко4, М.1. Олшник5, А.Л. Щупак6
Наведено результати дослщжения впливу рiзних тишв трелювальних машин на люове середовище Укра'шських Карпат. Встановлено головш види i показники пошко-джень лiсового середовища унаслiдок роботи трелювальних траш'орiв. Обгрунтовано критерil еколопчно'! сумюност наземних лiсових машин i довкшля та показники щ^в-няльно! одшки впливу колiсних i гусеничних трелювальних тракторш на опорну повер-хню. Дослiджено динамжу змiни параметрiв колieутворення у процесi багаторазових про1здв колюних i гусеничних трелювальних трактс^в. Розроблено практичш реко-мендадil щодо еколопчно безпечних та економiчно доцiльних умов використання трелювальних машин в умовах прського лiсового масиву Сколiвськi Бескиди.
Ключов1 слова: колiсний i гусеничний трелювальний трактори, пошкодження, ль сове середовище, Сколiвськi Бескиди.
Вступ. Лкова екосистема е своeрiдним природним комплексом, що ви-конуе важливi регiональнi, клiматорегулятивнi, захиснi та рекреацшш функцii, водночас вона слугуе головним джерелом забезпечення господарських потреб деревиною та шшими продуктами побiчного користування лiсом. Господарсь-кий вплив на довкшля порушуе природнi екосистеми, призводить до зменшення водоохоронно-захисно! ролi лшв, посилення ерозiйних процесiв, зниження бь ологiчноi стiйкостi деревостану.
У цьому контекст одним iз екологiчно найнебезпечшших вид1в госпо-дарсько! дiяльностi е лкозагопвля, зокрема трелювання деревини, оскшьки тд час цього процесу пошкоджуються деревостан, пiдрiст, природнi водотоки i Грунт. Однак ступiнь техногенного впливу, зокрема лкозагопвл^ на лiсове середовище можна звести до еколопчно прийнятно! меж^ а технiчнi показники використання лкотранспортних засобiв - до економiчно доцiльних значень шляхом належного ощнювання iнтенсивностi екологiчного ризику та прийняття певних технiчних i технолопчних рiшень. Усе це засвiдчуе доцшьшсть i акту-альнiсть виконання дослщжень впливу рiзних типiв трелювальних машин на ль сове середовище Укра!нських Карпат.
1 проф. Н.1. Библюк, д-р техн. наук - НЛТУ Украши, м. Львгв;
2 доц. О.А. Стирангвський, канд. техн. наук - НЛТУ Украши, м. Львгв;
3 доц. М.1. Герис, канд. техн. наук - НЛТУ Украши, м. Львгв;
4 ст. викл. М.М. Бойко - НЛТУ Украши, м. Льв1в;
5 ст. викл. М.1. Олшник - НЛТУ Украши, м. Львгв;
6 асист. А. Л. Щупак - НЛТУ Украши, м. Львгв
Мета роботи полягае у покращенш екологiчних показниюв роботи на-земних машин для трелювання деревини в умовах одного iз гiрських лiсових масивiв Карпат - Сколiвських Бескидiв.
Для цього потрiбно вирiшити такi завдання:
• проаналiзувати види технiчних засобiв для трелювання деревини в умовах Ско-лiвських Бескидiв;
• встановити головт види i показники пошкоджень люового середовища унасль док роботи трелювальних тракторiв;
• обгрунтувати критерп еколопчно!' сумiсностi наземних лiсових машин i довюл-ля та показники порiвняльноí оцiнки впливу колiсних i гусеничних трелювальних тракторiв на опорну поверхню;
• дослiдити динамiку змши параметрiв колieутворення у процесi багаторазових проíздiв колiсних i гусеничних трелювальних трактс^в;
• визначити усередненi геометричт параметри пошкодження грунтово'1 поверхнi;
• розробити практичт рекомендацп щодо еколопчно безпечних та економiчно доцiльних умов використання трелювальних машин в умовах прського люово-го масиву Сколiвськi Бескиди.
Об'екти i методика дослщження. Пошкодження на лiсосiцi е неминучими i часами завдають незворотно! шкоди лiсовому середовищу, водночас !х параметри значною мiрою залежать вiд типу лково! машини. Зважаючи на те, що на сьогодш в умовах гiрських лiсових масивш Сколшських Бескидш працюють тiльки три канатш установки - двi у ДП "Славське лiсове господарство" (Ьапх-3Т i MOZ-300) та одна у ДП "Сколiвське лiсове господарство" (MOZ-300), об'ектами дослiдження вибрано гусеничний трелювальний трактор ТТ-4 (один iз найчастiше застосовуваних у гiрських умовах Сколшських Бескидш) i його ввд-повiдник за головними технiчними параметрами колкний сквдер Ы^М-805.
Для визначення реальних показникiв пошкоджень довкiлля лковими машинами, порiвняльного екологiчного ощнювання способiв трелювання деревини, а також обгрунтування екологiчно безпечних режишв роботи лкотранспор-тних засобiв виконано натурш обстеження наслiдкiв лкозагопвельно! д1яльнос-тi в гiрських умовах Сколiвських Бескидiв та полiгоннi дослiдження процесш колiеутворення унаслiдок багаторазового про!зду колкних i гусеничних трелювальних тракторiв. Дослiдження проведено у Рожанському лкнищга ДП "Славське лiсове господарство", територ1я якого за сво!ми особливостями е характерною для Сколшських Бескидiв.
Для визначення динамiки колiеутворення на випробувальному полкош фiксували щiльнiсть непорушеного шару грунту, масову вологiсть грунту i гли-бину коли. При цьому використано методичш пiдходи, викладеш в [1, 2].
Результата дослщжень. Вiдомо три принципово рiзнi за способом тран-спортування деревини технологи прсько! лiсозаготiвлi: наземне транспортуван-ня волоками чи канатними дорогами i повiтряне транспортування лiтальними апаратами (рис. 1) [1 ].
Наземнi транспорта засоби можуть рухатися в умовах бездорiжжя, а як-що природш умови мiсцевостi стають занадто складними - iнженерними спору-дами (трелювальними волоками, чи канатними дорогами). Пов^яне транспортування деревини може бути застосовано у будь-яких природних умовах ^ без-
перечно, з мтмальним впливом на довкiлля, але через високi експлуатацiйнi витрати доцшьшсть його використання визначають насамперед за економiчни-ми показниками.
Наземне транспортування Повпряне транспортування
волоком канатною дорогою
Фб
Критерп „ „ вибору природш умови, еколопчнии, економшнии еконоъпчний, еколопчнии
Рис. 1. Системы лЬсових машин за р1зних способ1в транспортування деревини
Ршення щодо вибору наземного виду люотранспорту може бути ухвале-не т1льки для конкретно! люозагопвельно! стратегií з урахуванням опорно! про-хiдностi лшово! машини, ступеня 11 негативного впливу на довкшля, вартостi дорожнього будiвництва, експлуатацшних затрат тощо. Зважаючи на висою експлуатацiйнi затрати, транспортування деревини л^альними апаратами у Сколiвських Бескидах, та й взагам в Украш, не застосовують. Зазвичай на тех-нолопчнш операцп первинного транспортування (трелювання) деревини застосовують трелювальш трактори (сюдери) з колiсним чи гусеничним рушieм, рщ-ше - канатнi установки i в окремих випадках - кош.
Головними наслщками впливу лiсозаготiвлi на водоохоронно-грунтоза-хиснi властивостi лiсiв i лiсовiдновлення е пошкодження поверхш грунту, дерев i пiдросту. Найбшьшою мiрою величина пошкоджень залежить вщ: способу i сезону рубання та трелювання деревини, протяжносп, крутостi, форми та ек-спозицп схилу [3]. Особливо велико! шкоди довкiллю завдають прокладання й експлуатацiя лiсотранспортних шляхiв (дорiг, трелювальних волокiв) у склад-них рельефних умовах. На прських лiсосiках волоки прокладають поперек схилу iз зрiзанням i перемщенням значних об,емiв грунту, що призводить до ого-лювання прсько! породи, активiзащ! ерозiйних процесiв i поверхневого змиван-ня грунтових частинок тд час дощiв.
Порушення, пов,язанi з люозагопвельною дiяльнiстю, подiляють на таю види: геомехашчш, гiдродинамiчнi, аеродинамiчнi та бюморфолопчш (табл. 1). Аеродинамiчнi порушення (вiтровi коридори) можуть виникати внаслщок роз-ташування довгих лiсосiк уздовж напрямюв панiвних вiтрiв. Бiоморфологiчнi (фгго-, зоо- i мiкробоценотичнi) порушення виникають, зазвичай, одночасно з геомехашчними i гiдродинамiчними порушеннями. Найпоширенiшi форми фь тоценотичних порушень: пошкодження, знищення та видовi змiни рослинностi. Контур цих порушень проявляеться досить чiтко.
На здатшсть грунту витримувати зовнiшнi навантаження визначальний вплив мають такi параметри [4]: структура грунту, його природна щтьшсть i
пористють, миттева волопсть, товщина шару гумусу i коренево! системи. Пiд дiею контактного тиску зменшуеться пористiсть грунту, зростае щшьтсть i змь нюються iншi параметри його фiзичного стану.
Табл. 1. Характерт форми порушень природных компонентiв у зот ди лкогосподарських тдприемств
Придаттсть грунтово! поверхт до лшоексплуатацп, рiвень ефективностi майбутнiх лiсотранспортних робгг, а також ступiнь потенцiйно завдано! довшл-лю шкоди значною ммрою залежать вiд тримно! здатностi грунту та його опору зсувним зусиллям. На ступшь ущiльнення грунту значною ммрою впливають та-
кож параметри конструкцп (повна вага, типорозмiр шин, тиск пов^я у них) [5] i руху (швидкiсть руху i кiлькiсть провдв) лiсотранспортного засобу. I тому серед науковщв досi нема едино! думки щодо критерпв екологiчноí сумiсностi ру-шiя люово1 машини з грунтовою поверхнею.
Еколопчно допускнi межi використання лiсових машин в EcoWood про-ектi [6] запропоновано ощнювати за спiввiдношенням конусного показника С1 i контактного тиску на грунт рк, т. зв. колшного iндексу (iндексу рушiя). Прийнявши максимальну глибину коли на рiвнi 10 см, визначено екологiчно допускш значення вiдношення С1/рк у дiапазонi вiд 3 до 7 (рис. 2), що вщповь дае певному допускному значению контактного тиску на грунт (табл. 2).
10 20 30 40 50 с/р
Рис. 2. Залежмсть глибини коли в1д тдексу руш1я за ЕеоШоой проектом Табл. 2. Класшфшщщ Грунтовихумов за EcoWood проектом
Опис грунтово1 поверхш (клас)
Параметри витримувально'1 здатносд грунту
С/, кПа
Е, кПа
т, кПа
Допускне значення питомо-го тиску, кПа
Тверда (1)
>500
>60
>60
>80
Середньо'1 твердосд (2)
300-500
20-60
20-60
60-80
М'яка (3)
<300
<20
<20
40-60
Узагальнено можна констатувати, що iндекс рушiя, запропонований в EcoWood проектi, як критерш екологiчноí сприйнятливостi трелювання дереви-ни е досить ушверсальним, однак вш не враховуе кiлькостi произдв лшово1 машини одним i цим самим слщом й площi пошкодження. На наш погляд, для по-рiвняльноí оцiнки впливу колiсних i гусеничних трелювальних тракторiв до-цiльно використати глибину коли у процесi багаторазових проíздiв та площу пошкодження.
Для визначення усереднених параметрiв пошкоджень, завданих трелю-вальними тракторами, за методикою, розробленою в Нацiональному лшотехшч-ному унiверситетi Украши [1], було обстежено i побудовано розподiли величин 1х геометричних параметрiв за дiапазонами (див. рис. 3).
Ухил дiлянок волоюв змiнюеться вiд 0° до 35°, середне значення стано-вить 10,2°-13,5°. Ширина волока перебувае в межах вщ 1,4 до 11,8 м, середне значення становить 4,9-5,4 м.
Рис. 3. РозподЫ геометричних параметргв волотв У процес дослщження не встановлено ютотно'! рiзницi мiж геометрич-ними параметрами (шириною) пошкоджень опорно! поверхнi унаслщок руху колiсних i гусеничних трелювальних тракторiв. Водночас виявлено, що пошко-дження бшьшо! ширини характернi для поворо^в трелювальних волокiв з невеликими радiусами заокруглень i спричинеш головно пачкою деревини, яка тре-люеться. Це свiдчить про те, що для зменшення площi пошкодження Грунтово! поверхнi унаслiдок трелювання деревини цю технологiчну операцiю потрiбно здшснювати форвардерами (машинами, що транспортують деревину у повшс-тю завантаженому сташ) i також уникати поворотiв волоюв з малими радiусами заокруглень. Фотографн окремих фрагментiв полiгонних дослiджень процеав колieутворення та !х вислiди наведено на рис. 4-6.
Рис. 4. Полионт дослгдження взаемоди трелювальних тракторгв ТТ-41 №И-805
з опорною поверхнею
Рис. 5. Пор1вняльний вплив використання настилу з гток на колгеутворення для колесного трактора
Рис. 6. Поргвняльний вплив використання настилу з гток на колгеутворення для гусеничного трактора
Тестова дшянка для руху колюного трактора ШМ-805: непорушено! структури, покрита щiльним рослинним покривом, ухил - 3°, щiльнiсть грунту 1,13-1,44 г/см3, волопсть 68-76 %. Тестова дшянка для руху гусеничного трактора ТТ-4: щiльнiсть грунту 1,06-1,36 г/см3, волопсть 81-85 %. Дослщження проводили для руху тракторiв з навантаженням у виглядi бетонних блоюв ма-сою 3900 кг.
З результата дослiдження (див. рис. 4-5) видно, що глибина колií тсля перших 5-10-ти проiздiв становить близько 70 % глибини коли тсля 20-ти про-'хадв, що вщповщае практично найбiльшому ущiльненню грунтових частинок. Надат (пiсля 20-ти про]1адв) зростання глибини пошкодження грунтово! повер-хш вiдбуваеться головно внаслiдок ерозiйних процеав.
Висновки. На пiдставi аналiзу вислщв дослiджень впливу рiзних типiв трелювальних машин на лiсове середовище Укра'шських Карпат встановлено:
• наслiдками впливу люових машин на довкiлля е: геомеханiчнi, грунтопдроло-гiчнi, аеродинамiчнi та бюморфолопчш порушення лiсового середовища. НайнебезпечнМ iз них - геомеханiчнi пошкодження опорно!' поверхш, якi ха-рактеризують глибиною коли та площею пошкоджено!' поверхнi;
• iнтенсивнiсть колiеутворення ютотно залежить вiд тримно!' здатностi грунту, яка значною мiрою зумовлена геоморфолопчною структурою Карпат;
• наявнiсть настилу з гшок на 10-20 % зменшуе глибину коли;
• максимальна глибина коли внаслщок 5-10 про!здв колiсного И8М-805 i гусеничного ТТ-4 тракг^в у русi на прямш дослiднiй дiлянцi не перевищувала екологiчно безпечно! межi;
• ущшьнення грунту середньоН твердостi колiсними i гусеничними тракторами пiд час прямолшшного руху вiдбуваеться практично за однаковими залежностями. Для зменшення негативного впливу на довкшля у процесi трелювання
деревини в експлуатацiйних умовах Сколiвських Бескидiв доцiльно дотримува-тися таких настанов:
• на стрiмких i дуже стрiмких схилах надавати перевагу використанню канатних лiсотранспортних систем;
• на пологих i спадистих схилах застосовувати форвардери, в окремих випадках сюдери з колiсним рушiем (на грунтах з високою та середньою тримною здат-нiстю, модуль деформаци - понад 80 кПа) i з гусеничним рушiем (на грунтах з низькою тримною здатнiстю, модуль деформаци до 40 кПа);
• дотримуватися оптимально! вщсташ трелювання для колюних машин 600800 м, для гусеничних машин 400-500 м;
• за змогою уникати поворота малих радiусiв;
• на донках Í3 низькою тримною здаттстю i високим ступенем техно-генного
впливу (паачш волоки - понад 5 про!здв, магiстральнi волоки) про-стеляти за-
лишки лiсозаготiвлi (свiжо зрубанi плки, дрiбнi уламки стовбурiв).
Лiтература
1. Стирашвський О.А. Природоохороннi засади транспортного освоення гiрських лiсових територш : монографш / О.А. Стирашвський, Ю.О. Стирашвський. - Льв]в : РВВ НЛТУ Укра-ши, 2010. - 208 с.
2. Byblyuk N. Timber harvesting in the Ukrainian Carpathians: Ecological problems and methods to solve them / N. Byblyuk, O. Styranivsky, V. Korzhov, V. Kudra // Journal of Forest Science. - 2010. - Vol. 56 (7). - Pp. 333-340.
3. БиблюкН. Еколопчш аспекти прсько! тсозаготщт / Н. Библюк, М. Библюк // Пращ НТШ. - 1998. - Т. 2. - С. 586-600.
4. Arnup R.W. The extent, effect and management of forestry-related soil disturbance, with reference to implications for the Clay Belt: a literature review / R.W. Arnup // Ontario Ministry of Natural Resources. Northeast Science & Technology, TR-37, 1998. - 30 p.
5. Cizek J. Biotechnicke prepoklady mechanizace lesni vyrobu / J. Cizek. - Praha : Statni Zeme-delske Nakladatelstvi. - 1979. - 35 s.
6. Owende P.M.O. Operations protocol for Eco-efficient Wood Harvesting on Sensitive Sites / P.M.O. Owende, J. Lyons, R. Haarlaa, A. Peltola , R. Spinelli, J. Molano, S.M. Ward // Project ECO-WOOD. Contract No. QLK5-1999-00991, 2002. - 74 p.
Надклано до редакщ'1 04.02.2016 р.
БыблюкН.И, Стыранивский О.А., ГерысНИ., БойкоМ.М., ОлийныкМИ., ЩупакА.Л. Исследование влияния гусеничных и колесных трелевочных тракторов на лесную среду в условиях Сколевских Бескидов
Приведены результаты исследования влияния различных типов трелевочных машин на лесную среду Украинских Карпат. Установлены главные виды и показатели повреждений лесной среды вследствие работы трелевочных тракторов. Обоснованы критерии экологической совместимости наземных лесных машин и окружающей среды и показатели сравнительной оценки влияния колесных и гусеничных трелевочных тракторов на опорную поверхность. Исследована динамика изменения параметров колееоб-разования в процессе многократных проездов колесных и гусеничных трелевочных тракторов. Разработаны практические рекомендации по экологически безопасных и экономически целесообразных условиях использования трелевочных машин в условиях горного лесного массива Сколевские Бескиды.
Ключевые слова: колесный и гусеничный трелевочный тракторы, повреждения, лесная среда, Сколевские Бескиды.
Byblyuk N.I., Styranivsky О.А., Herys M.I, Boyko М.М., Oliynyk M.I., Shchupak A.L. The Research of the Influence of Tracked and Wheeled Skidders on the Forest Environment in the Conditions of Skole Beskids
Some research results of the influence of different types of skidders on the forest environment of the Ukrainian Carpathians are provided. Main types and indicators of damage of forest environment due to skidding operations are identified. The criteria of environmental compatibility of forest machines and the environment and the indicators of comparative assessment of the impact of wheeled and tracked skidders on the supporting surface were substantiated. The dynamics of changes in the rutting parameters during multiple passages of wheeled and tracked skidders was investigated. Practical guidelines for the environmentally sound and economically viable conditions of using skidder in the conditions of mountain forest in Skole Beskids have been developed.
Keywords: wheeled and tracked skidders, damage, forest environment, Skole Beskids.
