CC BY
80
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.0.33:634.958
МЕХАНИЗАЦИЯ ЛЕСОВОДСТВЕННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В ЗАЩИТНОМ ЛЕСОРАЗВЕДЕНИИ
Ю.М. Жданов, доктор сельскохозяйственных наук, Заслуженный лесовод РФ, лауреат Государственной премии СССР
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации Россельхозакадемии, г. Волгоград
В статье описываются усовершенствованные технологии рубок ухода, реконструкции и восстановления защитных лесных насаждений (ЗЛН). Приводятся как существующие технические средства, так и создаваемые новые для выполнения отдельных технологических операций, в том числе по профилактике пожаров. Даются результаты работы некоторых машин.
Ключевые слова: технология, лесные насаждения, рубки ухода, восстановление, технические средства, профилактика пожаров.
С целью повышения агроэкологической эффективности защитных лесных насаждений в них проводятся лесоводственные мероприятия, включающие рубки ухода в нескольких возрастных периодах, реконструкцию, восстановление насаждений и профилактику пожаров. Для реализации этих мероприятий разработаны механизированные технологии и ряд технических средств вошедших в «Систему машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на период 1986-1995 гг., часть IV, Лесное хозяйство и защитное лесоразведение» [5].
К ним относятся средства механизации, используемые в лесном хозяйстве, мелиорации и растениеводстве. Это различные бензопилы (МП-5, Урал-2, Дружба-4, кусторезы ОКС-0,9 и КОМ-2,8), машина для контурной обрезки ветвей плодовых деревьев МКО-3, корчеватели пней КБП-2, КСП-20 и корчевальная борона К-1, трелевочные приспособления ТПР-1 и ПТБ-4,5, бесчокерные трелевщики древесины ПГН-0,8 и УТГ-4,8, копновоз КУН-10 и погрузчик ПФ-0,5.
Однако ряд указанных технических средств уже не только устарели, но и не приспособлены для работы в лесных полосах. Поэтому ВНИАЛМИ совместно с ЦОКБлесхозмаш для проведения рубок ухода и реконструкции ЗЛН разработал новую специализированную технику, включающую машину для обрезки боковых ветвей и наклонных стволов МОВ-4,2, устройство для выборочного срезания деревьев с рабочим органом силового резания УСД-0,25, кусторез УСК-1, корчеватель непрерывного действия КНД-1,1, фрезерную машину МФ-0,9 и подборщик-трелевщик универсальный ПТУ-2,1 [1].
В настоящее время из-за отсутствия материальных средств и производства необходимой техники, технологии, включающие ее, практически не используются, и насаждения быстро деградируют и гибнут. В связи с этим, во ВНИАЛМИ проводятся исследования и разработки по созданию усовершенствованных технологий и новых технических средств для проведения лесоводственных мероприятий в ЗЛН.
Предлагаемые технологии для лесостепной, степной, сухостепной и полупустынной зон (табл. 1) включают следующие лесоводственные мероприятия: 1 -рубки ухода в молодых лесонасаждениях; 2 - рубки ухода в средневозрастных лесонасаждениях; 3 - реконструкция и восстановление полезащитных лесонасаждений.
В предложенные технологии, кроме уже указанных, введены совершенно новые технические средства, это машина лесохозяйственная блочно-модульная МЛМ-3, захватно-срезающее устройсво ЗСУ-1, подборщик-погрузчик порубочных остатков ПП-1 и др.
Для выбора оптимальной конструкции режущего рабочего органа проведены теоретические и экспериментальные исследования трех вариантов пил: 1 - диск без зубьев с двухсторонней и односторонней заточкой; 2 - диск с зубьями остроугольной формы; 3 - диск с косыми зубьями (рис. 1).
1 2 3
Рисунок 1 - Круглые (дисковые) пилы для поперечной распиловки древесины: 1 - диск без зубьев; а) - с двухсторонней заточкой; б) с односторонней заточкой; 2 - диск с остроугольными, скошенными назад зубьями; 3 - диск с остроугольными радиальными зубьями
Технологические операции выполнения базовой технологии Базовая модель трактора, технические средства и — 2 = 3 ^ ^ я X и и 3 1 1 и а м 1 1 0 ъ 3, § л
1. Срезание подроста на закрайках МТЗ-82 реверс. (ЛТ3155)+УСК-1; МТЗ-82.1 +МЛМЗ(1.3); Э02621+ЗСУ1; МТЗ-82.1+кусторез + +
Срезание кустарника на пень в опушечных рядах лесонасаждений на высоту 40...60 см МТЗ-82-реверс. (ЛТЗ-15 5)+УСК-1: МТЗ-82.1-МЛМ-3(1.3); ЭО-2621+ЗСУ-1; МТЗ-82.1 -Кусторез + + +
3. Обрезка поперечных (боковых) ветвей с деревьев внутренних рядов на высоту 2,8 м и опушечных на 4.0 м МТЗ-82-реверс. (ЛТЗ-155) -МОВ-4,2; МТЗ-82.1-МЛМ-3(2) + + +
4. Выборочное срезание кустарника и деревьев в рядах насаждений (сплошное срезание рядов деревьев) МТЗ-82.1 +МЛМ-3(1): ЭО-2621 -УСД-0,25; ЭО-2621+ЗСУ-1; МП-5; «Урал-2Э»; Тайга-214Э + + +
5. Срезание вершин стволов деревьев МТЗ-82.1 +МЛМ-3(1): ЭО-2621 -УСД-0:25; ЭО-2621+ЗСУ-1 +
б. Сбор подгрелевка, пакетирование и трелевка вегвей деревьев, кустарника, подроста ДТ-75 -ПС-2Г МТЗ-82.1 (ЛТЗ-155)+ПТУ-2.1 (ПП-1) + + +
7. Разделка деревьев на сортимент, погрузка и вывоз сортиментов МП-5: «Урал-2Э»; ПЭФ-1 А; 2ПТС-4-887Б +
8. Измельчение порубочных остатков МТЗ-82.1 (ЛТЗ-155)+ПДО-150 + +
9, Фрезерование подроста на закрайках и рядов кустарника без предварительного срезания на пень или после срезания и удаления с учасгка МП-8 ДТ-75 - ДП-8А ДТ-75 - МФ-0,9 + +
10, Корчевка или фрезерование рядов пней, корней кустарника и подроста МП-8; К-700А - К-1; ДТ-75 - ДП-8А; ДТ-75 - КНД-1,1; МФ-0.9 +
11, Вычесывание, сгребание и подгрелевка выкорчеванного кустарника, подроста, корней и пней в валки К-700А + К-3; ДТ-75 - ДП-8А +
12. Погрузка выкорчеванного кустарника, пней, подроста, корней из валов в гранспоргаые средства МТЗ-82.1 - ПЭФ-1 А; МТЗ-82.1 +ПЭА-1А +
13. Транспортировка выкорчеванного кустарника подроста, пней и корней МТЗ-82.1 (ЛТЗ-155) - 2ПТС-4-887Б ЛТЗ-155 +ПТУ-2Л (ПП-1) +
Определены основные параметры пил: Минимальный диаметр
Dmin 2 (с + 0,5 d4++ h3), (1)
где с - диаметр среза ствола или диаметр пучка ветвей, мм; ёф - диаметр зажимного фланца пилы, мм; h3 - выход пилы из пропила, равный высоте зуба пилы (при отсутствии на пиле зубьев Ьз в формуле не учитывается).
Начальный диаметр стальных пил
Dn = Dmin +2Д, (2)
где Д - запас на переточку. Шаг пилы
180°
t3 = Dn ■ sin-, (3)
z
где z - число зубьев пилы.
Подача на один зуб будет равна
V
и = t -2-, (4)
3 3 1000 • Vnn
где Vn - поступательная скорость надвигания пилы, м/с; Vm - окружная скорость резания пилы, м/с.
Глубина пропила
h = Dn • sin2 ^. (5)
где фср - угол места пропила.
Для качественного среза при безподпорном пилении отношение скорости резания Vm и поступательной скорости движения трактора Vn должно быть >125.
Опытами установлено, что качество резания деревьев диаметром 0,01.. ..0,25 м, оцениваемое на срезе по высоте неровностей - S, зависит от конструкции режущих элементов пил и скорости надвигания рабочего органа Vn , и находится в следующей зависимости:
2
для ножевых (круглых) S = 0,071 LnV+0,13 (R2=0,877);
(6)
для пилы с остроугольными скошенными назад зубьями высотой 25 мм
ó = 0,192LnV+0,43 (R2=0,929); (7)
для пилы с остроугольными радиальными зубьями
ó = 0,699LnV+3,02 (R2=0,738) (8)
Полученные зависимости показывают, что лучшими являются пилы с остроугольными скошенными назад зубьями.
На основании проведенных исследований разработана специализированная техника для лесоводственных мероприятий в защитных лесных насаждениях.
Машина лесохозяйственная блочно-модульная МЛМ-3 (рис. 2 а, б и 3) состоит из трех самостоятельных модулей: 1 - для выборочного срезания деревьев и сплошного срезания верхней части их стволов, 2 - для срезания боковых ветвей и 3 -для срезания кустарников и предназначена для лесоводственных уходов в защитных лесных насаждениях.
Все модули агрегатируются на тракторе класса 1,4-2,0 через посредство базового навесного устройства, устанавливаемого на передней части рамы трактора.
Рисунок 2 - Машина лесохозяйственная блочно-модульная МЛМ-3: а) модуль для срезания деревьев и вершин их стволов; б) модуль для срезания боковых ветвей.
Модуль 1 (рис. 2а) предназначен для выборочного срезания деревьев на высоту 0,1 м и сплошного срезания вершин стволов на высоту 3,2 м, крепится на базовом навесном устройстве и состоит из режущего рабочего органа (дисковой пилы с приводом от гидромотора), четырехзвенного поворотного механизма, несущей рамы и управляющих гидроцилиндров.
Модуль 2 (рис 2б) предназначен для срезания боковых ветвей в ЗЛН на высоту до 4,5 м, с целью формирования эффективных конструкций, восстановления проектной ширины лесных полос и создания условий для работы лесохозяйственных машин в лесополосах и сельскохозяйственных агрегатов в лесоаграрных ландшафтах. Модуль включает раму с навесным устройством, дисковые пилы, передаточные механизмы с приводом от бокового ВОМ трактора и направляющие полозки для отвода срезанных ветвей.
Модуль 3 (рис. 3) предназначен для омоложения кустарников в лесных насаждениях, восстановления проектной ширины рядов кустарников и создания условий для работы лесохозяйственных и сельскохозяйственных агрегатов в междурядьях лесополос и на их закрайках. Модуль включает навесное устройство, к которому шарнирно крепится балка с режущим рабочим органом, передаточные механизмы с приводом от бокового ВОМ трактора и гидроцилиндр, управляющий отклонением балки в горизонтальной плоскости.
Рисунок 3 - Машина лесохозяйственная блочно-модульная МЛМ-3: модуль для срезания кустарников
Захватно-срезающее устройство ЗСУ-1 (рис. 4) предназначено для рубок ухода в ЗЛН. Устанавливается на стреле экскаватора вместо ковша и состоит из несущей рамы 1, захватного устройства 2 и срезающего блока 3, установленного на подвижной в горизонтальной плоскости балке 4. Захват дерева и перемещение балки 4 со срезающим блоком 3 осуществляется с помощью
2 1 ^ гидроцилиндров 6 и 7 [3].
Рисунок 4 - Конструктивно-технологическая схема и вид натурного образца захватно-срезающего устройства для рубок ухода в ЗЛН
Подборщик-погрузчик порубочных остатков ПП-1 (рис. 5) предназначен для подбора и погрузки порубочных остатков при проведении рубок ухода в защитных лесных насаждениях с шириной междурядий 3-4 м [4]. Состоит из грабельной решетки с боковыми ограничителями для подбора порубочных остатков и принудительно перемещаемой вдоль решетки сталкивающей стенки. Высота погрузки до 3,5 м.
а) б)
Рисунок 5 - Экспериментальный образец подборщика-погрузчика: а) общий вид; б) на погрузке порубочных остатков
В технологиях для насаждений различных возрастных периодов частично включены однотипные технологические операции, которые выполняются одинаковыми техническими средствами.
Рассмотренные новые технические средства для рубок ухода в ЗЛН прошли экспериментально-производственную проверку при проведении лесоводственных уходов в защитных лесных насаждениях ГОНО «Волгоградское». Показатели экспериментальной проверки приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Показатели условий и результатов экспериментальной проверки машин
Показатели Значение показателей
1. Место опробования Лесонасаждения ГОНО «Волгоградское»
2. Вид работы Лесоводственные уходы
3. Порода деревьев и кустарников Вяз, клен ясенелистный, боярышник, жимолость
4. Высота деревьев, м кустарников 6,0.10 0,5.2,5
5. Ширина крон деревьев, м кустарников 1,5.5,0 1,0.3,0
6. Расстояние между растениями в ряду, м 1,0.1,5
7. Ширина междурядий, м 3,0.4,0
8. Диаметр, мм - стволов деревьев - кустарников - боковых ветвей 80.250 6.60 15.80
9. Высота среза насаждений, м -стволов и вершин деревьев - кустарников - боковых ветвей 0,1.4,5 0,05.1,5 3,0.4,0
10. Качество сбора порубочных остатков, % 93.96
11. Рельеф (уклон), град. - продольный - поперечный в междурядьях 10 1.30
Особое место в лесоводственных мероприятиях по защитному лесоразведению занимает профилактика пожаров в лесных насаждениях.
Во ВНИАЛМИ разработаны и опробованы две новые технологии и технические средства для профилактики пожаров в лесных насаждениях (особенно сосновых): 1 - путем нанесения на лесную подстилку тонкого слоя земли (песка) под пологом насаждений и 2 - создания невозгораемой зоны путем сдувания хвойной подстилки на некоторое расстояние с упаковыванием ее песком, а также технология тушения пожаров на сельхозугодиях с помощью направленного воздушного потока.
Первая технология выполняется с использованием роторных грунтометов АЛФ-10 и ГТ-3 [2], которые одновременно выполняют две операции - резание и транспортировку почвогрунта на определенное расстояние. При движении грунтомета со скоростью движения агрегата 2...3 км/ч накопившийся в течение нескольких десятилетий слой хвои «упаковывается» слоем песка толщиной 2,0.4,0 см на полосе
шириной 4,5.. .12,0 м. Укрытая песком лесная подстилка уже не представляет собой опасности для возгорания от брошенных на нее открытых источников огня.
Суть второй технологии профилактики пожаров в лесных насаждениях заключается в том, что с поверхности почвы опушечных и внутренних рядов с помощью мощного воздушного потока переносят в глубь насаждения хвойный опад и упаковывают (укрывают) его сдутым с поверхности почвы слоем песка, создавая тем самым невозгораемую зону. Этот способ с использованием струи воздуха легко и быстро осуществим в любых климатических и хозяйственных условиях, а главное, что не требует воды или специальных химических гасящих средств.
В целом, предлагаемые технологии лесоводственных мероприятий в защитных лесных насаждениях, на базе существующих и новых технических средств, весьма перспективны. Однако для реализации их необходимы принципиальные решения правительства РФ по активизации лесомелиоративных работ в стране, а также финансирование дальнейших этапов проработки предложенных конструкций машин и их серийного производства.
Библиографический список
1. Жданов, Ю.М. Эволюция технических средств для защитного лесоразведения [Текст]/ Ю.М. Жданов, В.Н. Хорошавин/ Лесное хозяйство. - 2009. - №3. - С. 45-47.
2. Жданов, Ю.М. Защита биоценозов лесоаграрных ландшафтов от пожаров [Текст]/ Ю.М. Жданов // Земледелие. - 2009. - № 5. - С. 9-10.
3. Захватно-срезающее устройство для лесоводственных уходов в насаждениях [Текст] : пат. РФ 2443100 A01G 3/00 /Жданов Ю.М., Колосков Ю.М.. Заявитель и патентообладатель ВНИАЛМИ. - №2010124510/13 (034945); заявл. 15.06.2010; опубл. 27.02.2012, Бюл. № 6. - 3 с.
4. Подборщик-погрузчик порубочных остатков [Текст] : пат. РФ на полезную модель 136286 A01G 23/00 / Жданов Ю.М., Хорошавин В.Н.. Заявитель и патентообладатель ВНИАЛМИ. - №2013120702/13; заявл. 06.05.2013; опубл. 10.01.2014, Бюл. № 1. - 3 с.
5. Система машин для комплексной механизации с.-х. производства на 1986-1995 годы. Часть IV. Лесное хозяйство и защитное лесоразведение [Текст]. - М., 1988. - 208 с.
E-mail: umj [email protected]
