CC BY
29Машины и механизмы для механизации лесохозяйственных работ:
критерии оценки, качественные показатели
А. Э. Эгипти1 Петрозаводский государственный университет
Методом групповой экспертизы выявлены критерии оценки лесохозяйственных машин региона Республики Карелия (РК), спрос и предложение цены на используемые механизмы, произведена оценка по лесотехническим требованиям комплекта машин, разработанных в ПетрГУ.
Ключевые слова: машины для лесовосстановления, конструкторские параметры, надежность, агротехнические требования, эргономика, экология, энергоемкость.
Повышение эффективности лесовосстановительных работ предполагает многоплановость подхода к проблеме, включая лесоводческие аспекты, решение на-учно-технических задач при разработке новых поколений машин, технологические разработки, организационную работу по внедрению новой техники в производство с обратной связью, выражающей мнение специалистов о проводимой технической политике в отрасли.
Сотрудники ПетрГУ и Госкомлеса РК провели исследования с целью выявления уровня требований специалистов лесного хозяйства к используемым механизмам. Применялась методика группового экспертного опроса, в котором приняли участие специалисты 15 лесхозов РК и трех управлений лесами.
Статистическая обработка результатов показала наличие первоначальной согласованности мнений экспертов. Коэффициент конкордации по Кецдаллу [Kendall] в оценке лесохозяйственных машин составил величину 0,447 при фактическом значении кри-
2
терия согласия Пирсона [Pirson] % = 58,9, превы-2
шающим табличное % = 16,8 [1].
Критерии оценки лесохозяйственных машин и их значимость представлены на априорной диаграмме (рис. 1)
Наиболее значимый ранг, составляющий 31% от общей совокупности, принятой за 100%, принадлежит экономическим критериям. Совокупность экономических критериев примем за фактор первого уровня.
1 Автор - доцент кафедры технологии металлов и ремонта
© А. Э. Эгипти, 1999
внутри которого находятся факторы второго уровня, детализирующие первый. Сумма оценок факторов второго уровня принята за условную единицу (100%). Оценочные факторы второго уровня по рангам распределились следующим образом: стоимость приобретения техники - 43%, качество выполняемых работ - 33%, повышение производительности труда -24%.
Вполне очевидно, что рыночная стоимость техники, предлагаемая отрасли предприятиями машиностроения, не соответствует финансовым возможностям лесхозов, о чем свидетельствует высокий уровень значимости ранга стоимости приобретения, сходная ситуация наблюдается и в лесозаготовительной отрасли [2].
Уровень желаемой покупной цены для лесохозяйственных машин различного применения, выражающий мнение потребителей, представлен на рис. 2.
Приемлемая стоимость техники, по мнению потребителей, в зависимости от степени сложности последней составляет величину 2,6 млн. руб. для относительно несложных механизмов с пассивным приводом от энергетического средства (позиции 1-7). Аналогично для механизмов средней степени сложности (позиции 8-10) цена составляет 6,8 млн. руб. и высокой степени - 77 млн. руб.
Сложившаяся ситуация покупательной способности не в пользу потребителя. Производители техники предлагают цены на продукцию в 1,7 раза выше для машин повышенной степени сложности, в 2,6 раза -для машин средней степени и в три раза выше - для несложных машин, чем могут предложить покупатели продукции.
При анкетировании предпочтительное мнение по приобретению отечественной техники высказало 62% опрошенных, 38% оставшихся экспертов высказались за приобретение импортной техники.
Качество работы лесохозяйственных машин, их производительность в экспертных оценках занимает второе и третье место внутри фактора первого уровня, составляя соответственно величины 33 и 24%. Покажем достижение отмеченных показателей на примере комплекта машин для механизации работ в лесных питомниках и посадки лесных культур, разработанных в ПетрГУ за период 1974 - 1997 годов.
В комплект входят: вибрационная сеялка СВУ-1.2, подрезчик корней ПК-1.2 для лесных питомников, лункообразователи Л-2, Л-22 и Л-2У для механизированной посадки лесных культур [3].
Оценка качества работы машин производилась в сравнении с показателями аналогов и действующими нормативами. Сравнивалась технология разбросного
посева с применением СВУ-1.2 и строчного под сеялку СКП-6. Наблюдение за ростом культур показало, что высота и диаметр стволиков у четырехлетних сеянцев ели соответственно в 1,3 и 2,2 раза больше
по технологии разбросного посева по сравнению со строчным.
1 2 3 4 5 6 7
Рис. 1. Значимость параметров лесохозяйственных машин: 1 - Экономические критерии машин; 2 - Эксплуатационные свойства; 3 - Надежность машин; 4 - Конструкторские параметры; 5- Агротехнические требования; 6 - Экологическое соответствие; 7- Эргономические требования
млв.руб.
25' 20 15 10 5 0
1
I
Л
ППНР1 II 1Р V I
' Р Г Г Р Г I I I
□ Уровень спроса
■ Уровень предложения
123456789 10
Рис. 2. Спрос и предложение цены на лесохозяйственные машины: 1 - Корнеподрезчики; 2 - Дисковые бороны; 3 - Мульчирователи; 4 - Культиваторы; 5 - Выкопочные скобы; 6 - Опрыскиватели; 7 - Плуги; 8 - Покровосдиратели; 9 - Навески; 10 - Сеялки для лесных питомников
Использование СВУ-1.2 и ПК-1.2 снижает трудозатраты на 234 чел/дня на гектар площади питомника за четырехлетний период выращивания. Выход укрупненных сеянцев повысился в 2,5 раза при экономии семян в два раза.
Переходя к техническим аспектам требований, предъявляемых работниками лесного хозяйства РК к механизмам, можно отметить следующее. Фактор первого уровня - эксплуатационная оценка техники с уровнем значимости 23% представлен входящими в него факторами второго уровня со следующими ранговыми оценками: возможность использования машины на нескольких операциях - 34%, степень квалификации обслуживающего персонала - 29%, повышение времени использования техники в году -22 %, снижение числа регулировок - 15%.
Проанализируем степень соответствия требований пользователей к технике на примере вышеуказанного комплекта машин для технологических комплексов выращивания и уборки посадочного материала и создания лесных культур в равнинных условиях.
Принцип многооперационного использования техники заложен во всех конструкциях. Вибрационная сеялка СВУ-1.2 для высева семян в лесных питомниках предназначена как для разбросного, так и для строчного посева, для чего комплектуется набором рассеивающих трубок. Разбросной посев позволяет выращивать крупномерный посадочный материал без перешколивания. Исключив модуль высевающего аппарата, сеялку можно использовать для подготовки почвы на поле питомника за счет работы почвенной фрезы. В период рабочего хода реализуется
принцип концентрации технологического процесса путем совмещения операций: выравнивание поверхности поля, рассеяния почвы, уплотнение почвенного ложа, распределение семян, присыпка их почвой и послойное уплотнение почвы над семенами.
Блочно-модульный принцип реализован при изготовлении подрезчика корней ПК-1.2. Рабочие органы подрезчика съемные, т. к. кроме основной функции - подрезки выполняются операции рыхления почвы в междурядьях в режиме культиватора для подавления роста сорняков. В спроектированном модифицированном варианте ПКП-1.5 (планировщик - культиватор - подрезчик) к указанным операциям добавляются возможность внесения удобрений и использование бульдозерной навески для выполнения земляных работ. Лункообразователь Л-2У для механизированной посадки лесных культур агрега-тируется с энергетическими средствами колесного и гусеничного исполнения, используется для посадки крупномерного материала с открытой корневой системой на дренированных почвах а также на пластах, подготовленных плугом-канавокопателем после мелиорации на болотах. Кроме того, орудие можно использовать для содействия естественному возобновлению леса путем создания минерализированных полос с одновременным высевом семян.
Степень квалификации обслуживающего персонала. Для обслуживания и эксплуатации механизмов требуется квалифицированный персонал уровня машиниста-тракториста 5-го разряда, прошедшего курсы повышения квалификации. Они организовывались на базе лесотехнической школы Кареллеспрома при участии разработчиков лесохозяйственных машин Республики Карелия. Проводились теоретические и практические занятия по освоению новой техники с вручением свидетельств по аттестации механизаторов лесного комплекса.
Повышение времени использования техники в году непосредственно связано с многооперационностью
Отказы лесохозяй
машин и работой сменных модулей. По данным лесхозов РК и Управления лесами Ленинградской области, количество дней работы в году составляет: для сеялок в лесных питомниках - 6 дней, подрезчиков корней - 15 дней, лесопосадочных машин -30 дней. С учетом эксплуатации сеялки СВУ-1.2 в режиме почвенной фрезы период использования возрастает до 49 дней. Подрезчик корней, работающий в режиме культиватора, будет загружен 51 день. Модификация ПКП-1.5 с бульдозерной навеской может быть использована круглый год. Универсальный лункообразователь Л-2У, используемый в режиме минерализации почвы, будет иметь календарное время эксплуатации 70 дней. Приведенные примеры показывают действенность блочно-модульного исполнения лесохозяйственной техники.
Снижение числа регулировок, настроек а также количества подготовительных операций перед работой механизмов (в дальнейшем - подготовительные операции). Данный критерий имеет связь со степенью сложности машин, эксплуатационной надежностью, условиями применения, качеством выполняемых работ и их производительностью. Снижение числа подготовительных операций упрощает конструкцию машин за счет доработки ее узлов, когда они полностью соответствуют функциональному назначению, повышает надежность, производительность и качество выполнения работ. Количество подготовительных операций у машин для выращивания посадочного материала и создания лесных культур находится в интервале от 9 до 24. Требуемое число подготовительных операций перед началом работы Л-2У, ПК-1.2 и СВУ-1.2 распределяется соответственно: 9,15 и 14.
Надежность лесохозяйственной техники Уровень значимости при ранжировании составляет 14%. Статистические данные по параметру безотказности некоторых механизмов и машин представлены в табл. 1.
Таблица 1
техники за сезон эксплуатации
Машины и механизмы Период эксплуатации, дней Количество отказов за период эксплуатации Рекомендуемое число отказов
Для выкопки посадочного материала 14 6 2
Для подрезки корней 15 7 3
Лесопосадочные машины 20 12 6
Сеялки для лесных питомников 6 4 2
Культиваторы для питомников 18 6 3
Опрыскиватели 21 12 6
Дисковые бороны 14 4 2
Продолжение табл. 1
Мульчирователи 6 2 1
Покровосдиратели 38 18 9
Плуги 19 9 5
Надежность лесохозяйственной техники имеет большие резервы для повышения всех параметров, определяющих способность машин выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. По мнению экспертов, у выпускаемых машин количество отказов при эксплуатации должно быть снижено в два-три раза. Техника, используемая в лесном хозяйстве, должна быть надежной, простой, недорогой, по возможности универсальной.
Важность ранговой корреляции конструкторских параметров лесохозяйственных машин оценена экспертами в 10%. Факторы второго уровня составили величины: приспособленность к ремонтопригодности 55% и снижение металлоемкости - 45%.
Приспособленность к ремонтопригодности учитывает степень взаимозаменяемости, доступности, лег-косъемности и контролепригодности элементов конструкции и ее составных частей. Оценка уровня ремонтопригодности предусматривает нормирование удельной суммарной оперативной и средней оперативной трудоемкости технических обслуживании. В дальнейших исследованиях полученные зависимости представляется возможным прогнозировать от степени сложности машин.
Материалоемкость лесных машин связана с расходом энергии тягового средства. Снижение расхода конструкционных материалов также сказывается на ресурсосбережении в производстве машин. Диапазон по массе разработанных механизмов (ПКГ-1.2; ПКВ-1.2; СВУ-1.2; JI-2) распределяется соответственно: 190, 290, 400, 580 кг. При разработке комплекса машин проводился выбор конструкционных материалов с учетом действующих нагрузок. Масса Л-2У имеет ограничение по грузоподъемности механизма навески тягового средства, не превышая величину 800 кг. У созданных машин имеются резервы снижения материалоемкости за счет применения прогрессивных конструкционных материалов.
Материалоемкость лесных машин и механизмов связана с расходом энергии на выполнение работы. Расход энергии - один из основных критериев оценки машин и технологий лесовосстановительных работ.
Приведем энергетические параметры комплекта машин ПетрГУ. Тяговое усилие, необходимое лунко-образователю Л-2У при образовании лунки, не превышает величину 4 кН, общее сопротивление тяге
трактора в процессе приготовления двух рядов посадочных лунок не превышает 10 кН. Таким образом, соблюдается соотношение величины тягового усилия, расходуемого на работу навесного механизма, к величине усилия, создаваемого трактором, которое не должно превышать величину, равную 0,8. Лунко-образователи агрегатируются с тракторами класса тяги 14 и 30 кН.
Вибрационная сеялка СВУ-1.2 в технологическом процессе потребляет величину энергии не более 10 кВт, что составляет 18% энергетического баланса тягового средства. Энергоемкость подрезчика корней ПК-1.2 ниже аналогичных почвообрабатывающих машин в два раза.
На основе вышесказанного можно сделать вывод, что энергетические показатели комплекта лесовосстановительных машин удовлетворяют концепции снижения энергозатрат и тем самым отвечают требованиям ресурсосберегающей технологии лесовос-становления.
Агротехнические требования В частности, возможность работы техники на нераскорчеванных завалу-неных площадях оценена экспертами с уровнем значимости 9%. Для региона РК с каменистыми почвами и неразвитым почвенным слоем создание лесовосстановительных машин, приспособленных для местных условий, имеет особую актуальность. Лун-кообразователи Л-2, Л-22, Л-2У используются при подготовке посадочных мест на нераскорчеванных вырубках с завалуненными дренированными почвами, с числом пней до 1 000 шт/га. Характер рельефа определяет выбор колесного или гусеничного трактора.
Экологическое соответствие машин составляет долю в 7%. Учитывается исключение деградации почвы и применение ядохимикатов, сохранение природного ландшафта, флоры и фауны, а также воспроизводство хозяйственно ценных пород. Повысить сохранность и ускорить рост хвойных культур можно за счет использования крупномерного посадочного материала под лункообразователи Л-2. Подготовка ле-сокулыурной площади сводится к полосной расчистке рядов проходов с минимальной повреждаемостью почвенного слоя.
Эргономическое соответствие машин составляет долю в 6%. Учитываются уровень шума и вибрации на рабочем месте, удобство в управлении, исключение травматизма. Эстетическое восприятие конструкции
машины должно соответствовать целостности формы и назначения, пропорциональности элементов, цветовому восприятию. Уровень соответствия лесо-хозяйственных механизмов ПетрГУ эргономическим требованиям подтверждается 12 авторскими свидетельствами и патентами, а также медалями на всероссийских выставках.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Обработка экспертных данных позволила выявить уровень количественных и качественных требований, предъявляемых специалистами лесного хозяйства к используемым машинам и механизмам.
Оценка комплекта лесовосстановительных машин, разработанных в ПетрГУ, показала соответствие их технических характеристик уровню лесотехнических требований. Комплект машин может быть включен в технологические комплексы выращивания и уборки посадочного материала, а также использоваться для
создания лесных культур в равнинных условиях природно-климатической зоны региона Республики Карелия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бешелев С. Д., Гурвич Ф. Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М. ¡Статистика, 1980. 263 с.
2. Тацюн М. В. Лесные технологии на фоне структурной перестройки ЛПК // Лесная пром-сть. 1996. №2. С. 2-4.
3. Цыпук А. М. Повышение эффективности лесовосстановительных работ ресурсосберегающей технологией: Автореф. дис ... д-ра. техн. наук / ЛТА. СПб., 1996. 299с.
