CC BY
15
3. ТЕХНОЛОГИ! ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК 630*95 Проф. М.П. Мартинщв, д-р техн. наук - НЛТУ Украти, м. Львiв; доц. Б.В. Сологуб, канд. техн. наук; доц. М.1. Климковський, канд. екон. наук
- НУ "Львiвська nолiтехнiка"
ОЦ1НКА ЕФЕКТИВНОСТ1 ОСВОСННЯ Г1РСЬКИХ Л1С1В П1ДВ1СНИМИ КАНАТНИМИ СИСТЕМАМИ
Виконано аналiз роботи канатних установок та ощнено деревостан як об'ект працi. Запропоновано вдосконалену схему канатно! установки та методику вибору !! основних параметрiв. Наведено залежносп, що дають змогу оцiнити ефектившсть роботи канатних установок та врахувати затрати на лiквiдацiю екологiчних збитюв, завданих пiд час освоення прських лiсiв.
Прсью л1си е джерелом щнно! деревини для р1зних галузей промисло-восп, а також одним з основних чинниюв збереження екосистем, що утвори-лися протягом багатьох сташть. Вони захищають р1чки вщ висушування, ро-блять стшким 1 р1вном1рним !хнш р1вень, регулюють стж вод. Прсью л1си мають також важливе санггарно-гтешчне та культурно-естетичне значення. Л1с як еколопчний чинник позитивно впливае на кшмат, вщновлення рослин-ного 1 тваринного свггу, а також розвиток промислового виробництва.
Л1созагот1вельне виробництво в Карпатах е основою деревообробно!, меблево!, целюлозно-паперово! та шших галузей промисловост Укра!ни. Але пор1вняно з люами в р1внинних умовах, прсью л1си вщр1зняються винятково високою еколопчною чутлив1стю, тому !х збереженню { вщновленню потр1б-но придшити особливу увагу.
Багатор1чш дослщження лшвниюв та л1созагот1вельниюв показали, що найбшьш ефективним видом первинного транспортування деревини е тдшст канатш установки [1-4]. Канатш системи також широко використо-вують для рекреацшного освоення лшв - це крюельш та гондольш канатш дороги, лижш канатш витяги та ш. [5, 6]. Проанал1зувати роботу канатно! установки як складно! системи можна, розглянувши роботу !! основних елемен-т1в, а саме: канатного оснащення, привод1в, опор, вантажних кареток, обвщ-них та напрямних блоюв.
Зпдно з прийнятими новими "Правилами рубань в прських люах Ук-ра!нських Карпат" [7], у л1сах Укра!нських Карпат заборонеш суцшьт рубан-ня, що ускладнюе використання високопродуктивно! техшки на л1созагот1в-лях. Параметри канатних установок повинш давати змогу реал1зовувати р1зш технолопчш схеми освоення л1сосж, яю залежать вщ способ1в рубань, рельефу мюцевосл, типу деревостану та шших чинниюв.
Кшьюсну ощнку роботи окремих елемент1в канатних установок мож-на дати, здшснивши анал1з швидюсного та навантажувального режим1в роботи. Основним предметом пращ е дерево та стовбур, яю характеризуються щ-
лою низкою параметрiв. 1х можна визначити експериментально [2]. Парамет-ри дерев та стовбурiв е основою для визначення типу i вантажошдшмальнос-тi канатно! установки [4].
Дiаметри стовбурiв на рiзних висотах можна виразити залежшстю [2]:
ёв = с ■ (1)
де: - дiаметр вiдземка, (см); с - коефщент, що залежить вiд породи дерева (для осики с = 1,16; берези с = 1,21; смереки с = 1,25; сосни с = 1,27).
Залежшсть мiж дiаметрами стовбурiв та !х довжинами можна предста-вити у виглядi таких рiвнянь [2]:
для осики: 1С = а ■ йв - Ь ■
для смереки та берези: 1С = а ■ ёв - Ь ■ ёв + с1;
для сосни: 1С = а ■ ёв + с1.
Вiдповiдно коефiцiенти в кореляцшних рiвняннях приймають такi зна-чення: для осики а = 0,720; Ь = 0,0036; смереки а = 0,680; Ь = 0,0047; с1 = 1,45; берези а = 1,00; Ь = 0,0134; с1 = 0,40; сосни а = 0,246; с1 = 9,20.
Об'ем стовбура може бути знайдено за таксацшними таблицями або з залежнос^
(2)
Чс =—Т"2" ■ 1с ■ кф, (3)
4
де кф - коефщент, що враховуе форму стовбура (для осики, берези кф = 0,46; сосни та смереки кф = 0,52).
Багатомаштшсть виробничих умов i специфжа роботи канатних установок висувае рiзнi вимоги до !хшх конструкцш. Установки вiдрiзняються принциповими схемами, канатомiсткiстю барабашв, тягово-швидкiсними параметрами, вагою i габаритами. Перемiщення вантажу здiйснюеться за допо-могою канатiв значно! довжини (100^1000 м), за значного дiапазону швид-костей руху. На кафедрi прикладно! механiки НЛТУ Укра!ни розроблено схе-ми канатних установок, впровадження яких дае змогу розробити технологи люосш, що вiдповiдають сучасним вимогам "Правил рубань в прських люах Укра!нських Карпат" [7]. Новизна установок захищена патентами Укра!ни [8, 9, 10]. Схему одше! з таких установок наведено на рис. 1.
Канатну установку схематично показано на рис. 1, вона складаеться iз несного каната 1, на якому навшено самохщну каретку 2. Несний канат 1 закршлений за тилову щоглу 3 i нижню щоглу 4. Для натягування несного каната 1 використовують полiспаст 5. Каретка 2 навшена на канатi 1 таким чином, що !! ходовi блоки 6; 7 i блок 8 перегинають канат 1 на величину "е" (рис. 1, б), яка регулюеться, наприклад, колiнчастою вюсю 9 (рис. 1, в), чим бшьша величина "е" тим бшьший перегин несного каната 1. Каретка мютить корпус 10, на якому закршлений двигун 11 з дистанцшним керуванням, ре-версивний редуктор 12, на вихщному валу 13 якого з можливютю вiльного обертання навшеш двi зiрочки з пiвмуфтами, наприклад кошчними чи зуб-частими (чи шеслрш) 14 i 15, а ведуча швмуфта 16, конiчна або зубчаста, ви-конана шлiцевою i обертаеться разом з валом 13 реверсивного редуктора 12.
У разi увiмкнення пiвмуфти влiво вмикаеться зiрочка 15, вправо - зiрочка 14 (рис. 1 в). Якщо використати клинопасову передачу, замють зiрочок будуть шкiви. На валi 17 нашшет зiрочки 18 i 19, а зiрочка 20 виконана заодно з барабаном 21, вони на ваш 17 посаджеш з можливютю вiльного обертання вщ-носно нього. На барабан 21 намотуеться канат 22 для шдняття вантажiв, наприклад, швхлис^в, чи сортиментiв 23. Обертовий момент вщ зiрочки 15 до зiрочки 18 передаеться за допомогою ланцюгово! або клинопасово! передачi 24; вiд зiрочки 15 до зiрочки 20 за допомогою ланцюгово! передачi 25, а вщ зiрочки 19 до обвiдних зiрочок 26 за допомогою ланцюгово! передачi 27.
Рис. 1. Схема канатноХустановки:
а) загальна схема; б) вантажна каретка; в) привод
Ведучi зiрочки 14 i 15 виконаш з гальмами. Зiрочки 26 та ходовi блоки 6 i 7 обертаються за допомогою вала 28, на якому вони посаджеш за допомогою, наприклад, шлщв. Блок 8 може бути виконаний також приводним.
Працюе канатна установка таким чином. Ув1мкненням двигуна 11 з дистанцшним керуванням обертаеться вал 13, ведучу твмуфту 16 перемща-ють (дистанцшним керуванням) (рис. 1, в) вмикаеться з1рочка 14, з1рочка 18 { за допомогою з1рочки 19 та ланцюгово! передач! 27 (або пасово! передач!) зь рочки 26 ходов! блоки 6 ! 7 приводяться в рух ! за рахунок перегину каната! на блощ 8 каретка 2 перемщаеться "вверх" на люосшу до м!сця причеп-лення вантажу. Дал! ведучу твмуфту 16 перемщають вл!во, вмикаеться лан-цюгова передача 25, (а з!рочка 14 вимикаеться) ! барабан 21 видае вниз канат 22, здшснюють причеплення вантажу 23, тод! вмикають реверсивний редуктор ! вантаж 23 за допомогою барабана 21 шдшмають вверх. Переключають реверсивний редуктор 12, твмуфту 16 перемщають вправо ! каретка 2 з ван-тажем 23 перемщуеться вниз до розвантажувального майданчика. Дал! твмуфту 16 переводять вл!во ! вантаж 23 опускають на розвантажувальний майданчик, тод! вантаж вщчшляють. Переключенням реверсивного редуктора 12 канат 22 намотують на барабан 21, каретку 2 перем!щують "вверх" на люосшу. Цикл повторюеться.
Переваги запропоновано! конструкцй в тому, що конструкщя проста у ви-конанн! та б!льш над!йна. За рахунок прив!дно! рухомо! каретки вона може пере-м!шуватися ! за горизонтального нав!шування несного каната, тобто тд час робо-ти в заболоченш м!сцевост!. Для роботи канатно! установки використовують тальки один канат, що тдвищуе ефективн!сть роботи та спрощуе керування.
Для визначення кшетично! енерг!! можна скористатися залежшс-тю, [11]:
Ж = \\qVidl, (4)
2 I
де: q - маса погонного метра каната; I - довжина канату; - вщстань в будь-якш точщ на вщсташ £ в!д початку координат.
Р!вняння руху елемент!в установки можна подати в такому виглядг
/1 ^ + С, (щ-Щ )-* = М;,
Сг 7 dt
/2 ^ЩЩ - С1 (щ - Щ) + С2 (щ - Щ) + С3 (щ - Щ) = 0;
/3-С2Щ-Щ)-Г* ■ с, -АЩ = -М; dt2 1 ^
21,) dt
К ,
2
(5)
d х dд _ d5 d2vз Е, • А, • гб (щ • гб - х) _) о
т—т + т—— 2С, •5-У3 •^-уъ —— /5—^ +-:-"-—(Т((-Т0) = 0;
dt2 сИ сИ сИ2 2 (1К -щ • гб))
де: /1 - загальний момент шерцй обертових мас двигуна; /2 - момент шерцй передач!; /3; /4 - зведен! моменти !нерц!! барабатв привода; /5 - момент шерцй напрямного блоку; М1 - момент двигуна; М2; М3 - моменти опору на барабанах привода; С1; С2; С3 - зведен! крутильш жорсткост! л!н!й передач;
3. Техиолопя та устаткуваиия деревообробиих шдприемств 93
Cк - зведена жорстюсть каната; р; р; (р3; р4; - кути закручування вщповщ-них обертових мас; г1; ; у3; г3; - коефiцiенти, що характеризують розсь ювання енергi! у вщповщних ланках; г6 ; гб - радiуси намотування каната на барабани та блоки; /к; Гк; - довжини вггок кана^в; T(0, t); Т0 - натяг набь гаючо! i збiгаючо! вггок каната; Ек; Ак - вщповщно модуль пружностi та площа поперечного перерiзу каната.
Розв'язок системи рiвнянь (5) та !х анашз за певних початкових i гранич-них умов дасть змогу обгрунтувати параметри основних елементiв установки.
Ефектившсть роботи канатно! установки залежить вщ довговiчностi та матерiаломiсткостi !! основних елеменлв. Особливо небезпечним пiд час роботи таких систем е можливють виникнення резонансу. В процес експлу-атацi! параметри установки змiнюються в широкому дiапазонi, тому iмовiр-шсть виникнення резонансу зберiгаеться навiть за правильного вибору пара-метрiв окремих елеменлв, особливо за перехiдних режимiв роботи. В таких випадках для уникнення аваршних ситуацiй потрiбно забезпечити вщношен-ня логарифмiчного декременту коливання " 5" до власно! частоти коливань системи " К" у межах:
а = 255 > 0,5. (6)
К
За такого значення а динамiчний коефiцiент системи набувае мшь мальних значень. Логарифмiчний декремент системи можна визначити з за-лежностi:
5 = , (7)
Ат+1
де Ат; Ат +1 - двi сусiднi амплiтуди вiльних вщухальних коливань. Функщя а може слугувати функщею мети пiд час вибору експлуатацшних парамет-рiв.
Для розроблення нових та вдосконалення iснуючих канатних систем потрiбно вибрати рацiональнi схеми запропонованих варiантiв. З метою по-шуку екстремуму хек81 i оптимальних значень х^ (г = 1 ^ п), що забезпечують
цей екстремум, можна скористатись методом невизначених множниюв Лаг-ранжа. Для цього утворюють допомiжну функцiю:
Ф (х> ) = / (х ) + Л|> (хг)-С ], (8)
де: ^(хI)< Сг, (г = 1 + п) - певш обмеження функци; X = /(х^) - узагальнений
критерiй; Л - невизначений множник.
Ефектившсть освоення люових масивiв доцiльно оцiнювати коефь цiентом використання лiсових ресурсiв [12].
Покращення збереження екосистем пiд час освоення прських лiсiв можна досягти шляхом удосконалення нацiонально! лiсово! полгтики Укра-!ни. При цьому шдрахунок екологiчних збиткiв при порушеннi технологи ль созаготiвель i використаннi неефективно! технiки потрiбно закласти пiд час визначення загальних затрат на заго^влю деревини та !! собiвартостi. Для ви-значення загальних затрат запропоновану таку залежшсть:
Ср = Пч +[Ц -Р]■ кд + Стр + Сек, (9)
де: Ср - витрати на заго^влю деревини; Пч - чистий прибуток вiд реаизаци люопродукци, яка буде заготовлена в процес рубання лiсу; Ц - економiчна оцiнка насадження, пройденого рубанням; Р - сума податку, яку буде спла-чувати лiсовласник за продаж люового насадження; кд - коефщент дискон-тування грошових потоюв для перiоду г; Стр - затрати на трелювання деревини; Сек - затрати на лжвщацда екологiчних збиткiв, завданих шд час заго-тiвлi i транспортування деревини.
Коефщент дисконтування можна визначити за формулою, [12]:
Кд =, (10)
(1 + Е )
де: Е - норма дисконту (норматив приведення рiзнотермiнових ефектiв); г -перiод приведення рiзнотермiнових ефектiв (дорiвнюе вiку насадження, в якому здшснюеться рубання);
Р
Е = —, (11)
100
де Р - ставка дисконту, %.
Економiчну оцiнку насадження, пройденого рубанням, можна визначити з залежностг
Ц = £С -а + Пн + В, (12)
i=1
де: г - час у роках, протягом якого здшснюеться вщтворення лiсових ресур-сiв (г = 1,2,...,п); Сг - поточнi витрати на вщтворення лiсових ресурсiв в г-му роцi; аг - коефiцiент дисконту для г -го року; Пн - нормативний прибуток; В - ощнкова вартють деревини, що пiдлягае рубанню, залежно вщ якостi де-ревостану та кон'юнктури ринку.
Оцiнкову вартiсть деревостану можна визначити зi залежностi:
В = кр {цл - Сп - ^о-А, (13)
V 100 у
де: кр - коефщент, що враховуе кон'юнктуру ринку, кр > 1; Цл - щна люоп-родукци, яку можна виготовити з деревини в лiсi; Сп - повна собiвартiсть ль сопродукцп, яка буде виготовлена з деревини в лiсi; Ко - основний i обiговий капiтал, що потрiбний на заготiвлю люопродукци в лiсi та 11 транспортування в пункт реаизацй; р - банкiвський вiдсоток.
Затрати на трелювання деревини канатними установками можуть бути визначеш з залежносл:
Стр = [Сз ■Кз +С0(1 -Кз)] + Сб ■О + Св-(1 -Кв) + Сдод, (14)
де: С3 i С0 - затрати на утримання установки в робочому сташ; Сб - затрати на влаштування та утримання буферних навантажувальних i розвантажуваль-них майданчиюв; О - об'ем складiв; Св - затрати пiд час виконання наванта-
жувальних i розвантажувальних робiт; К3; Кв - вiдповiдно коефщенти за-вантаження i вiдвантаження деревини.
Для пiдготовки траси канатно! установки i волокiв для шдтрелювання необхiднi додатковi затрати Сдод для вiдновлення ушкоджень, завданих внас-лiдок нарiзання волокiв, пошкодження тдросту та Грунтового покриву, а шс-ля освоення лiсосiки - для укршлення Грунтiв i вiдновлення насаджень. Це може бути виражено формулою:
п m
Сдод = ^ Ск] ' kгр + Е Цн ' Kз + Cвiд, (15)
1=1 е=1
де: Cк - приведенi рiчнi затрати на пiдготовку трас установки; kгр - коефь цiент, що враховуе тип Грунту; у - юльюсть волокiв на ухилах траси одного класу [2]; Цн - економiчна цiна пошкодженого насадження; К3 - коефiцiент дисконтування грошових потоюв; Z - кiлькiсть пошкоджених насаджень; £ - кiлькiсть дiлянок, на яких пошкоджеш насадження; Свд - вартють робiт для укрiплення Грунпв i вiдновлення насаджень (визначаеться шсля експер-тно! оцiнки згiдно з калькулящею).
Затрати на лiквiдацiю еколопчних збиткiв Сек можуть бути визначеш з урахуванням нормативiв плати за спещальне використання рекреацiйних, захисних, охоронних та шших властивостей лiсу, який був пошкоджений, та на його вщновлення [13]. Для визначення затрат запропоновано таку залеж-нiсть:
С =
^ек
' У т
ХЕЦ »' Щ 'а
i=1 г=т'
Р + £р + АС + Свгдн , (16)
100 г=т'
де: г - вш насадження / -то! деревно! породи; Т; Т - вщповщно, вiк насадження, в якому здшснюеться його рубання без врахування та з урахуванням еколопчних властивостей; / - кшьюсть дшянок, що шдлягають освоенню; Ци - еколопчна оцiнка деревини / -то! дшянки в г -му рощ; аг - коефщент дисконту для г -го року; Р - еколого-економiчна шкода, яко! зазнае насадження тд час освоення люосжи; АС - додатковi витрати на охорону i за-хист люу, пов,язанi з несвоечасним рубанням стиглих люових насаджень, якi виконують еколопчш функцi!; Свдн - витрати на вщновлення навколишнього середовища та сощальних об,ектiв, пов,язанi з вирубуванням без врахування рекреацшних, захисних, охоронних та шших корисних властивостей (вста-новлюють експерти).
Для визначення собiвартостi альтернативних варiантiв за основу мож-на взяти залежшсть, запропоновану в робот [12] i представити у виглядг
с = -1
в 1
k зг
т п р
^ Сосг + ^ Смех] + ^ Ср£
\ i=l У=1 £=1 у
(17)
де: т - юльюсть основних машин, що мають аналоги; Сос - собiвартiсть ро-боти основно! машини; п - юльюсть механiзмiв; Смех - собiвартiсть роботи механiзмiв; р - юльюсть ручних шструменлв; Ср - собiвартiсть роботи руч-
них шструменлв; кзг - коефщент, що враховуе загальнi затрати на експлу-атацда i техшчне обслуговування машин, механiзмiв та ручних шструменлв.
Визначення загальних витрат на заготiвлю деревини для альтернатив-них варiантiв дасть змогу обгрунтувати ефективну технологiю i вибрати не-обхiднi машини i мехашзми, якi найбiльшою мiрою вiдповiдають економiч-ним та екологiчним вимогам ведення люового господарства i лiсозаготiвель.
Лггература
1. Геисирук С. А. Люи Украши. - К. : Вид-во "Наук. думка", 1992. - 408 с.
2. Шкчря Т.М. Технология i машини люоачних робт - Льв1в : Вид-во "Тр1ада плюс", 2003. - 352 с.
3. Мартинщв М.П. Розрахунок основних елеменпв пщвюних канатних люотранспорт-них установок / М.П. Мартинщв. - К. : Вид-во "Ясмина", 1996. - 175 с.
4. Адамовський М.Г. Пщвюш канатт люотранспортш системи / М.Г. Адамовський, М П. Мартинщв, Й.С. Бадера. - К. : Вид-во 1ЗМН, 1997. - 156 с.
5. Беркман М.Б. Подвесные канатные дороги / М.Б. Беркман, Г.И. Бовский, Ю.С. Леонтьев / под ред. Г.Г. Куйбиды. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1984. - 264 с.
6. Голубець В.М. Розроблення методу анашзу роботи та обгрунтування основних пара-метр1в машин для освоення прських лшв / В.М. Голубець, С.М. Лютий, М.П. Мартинщв // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Украши. - 2008. - Вип. 18.8. - С. 255-262.
7. Правила рубань в прських лках Украшських Карпат. - К. : Вид-во "Держком. ль сов. госп.", 2003. - 24 с.
8. Декларацшний патент на корисиу модель UA 2289 U, МПК 7 В61В7/00. Канатна установка з дистанщйним керуванням / М.П. Мартинщв, В.М. Мартинщв, В.В. Бариляк, 1.М. Рудько; заявник i власник патенту Украшський державний люотехшчний ушверситет, № 2003065905. -Заявл. 25.06.2003. - Опубл. 15.01.2004. - Бюл. № 1.
9. Бадера Й.С. Канатна установка / Й.С. Бадера, М.П. Мартинщв, Б.В. Сологуб, А.В. Кий // Патент на корисну модель № 37299; В61 В12/00, зареестровано 25.11.2008 р. Бюл. № 22.
10. Бадера Й.С. Канатна установка / Й.С. Бадера, В.В. Бариляк // Декларацшний патент. Заявка № u20060/763 ид 20.02.2006 р., Патент № 17058; В61 В12/00. Опубл. 15.12.2006 р. Бюл. № 9; 3 с.
11. Мартинщв М.П. Аналiз роботи рекреацшних канатних установок, як пщвюних конвеерiв / М.П. Мартинщв, О.М. Удовицький, Б.В. Сологуб // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Лыав : РВВ НЛТУ Украши. - 2009. - Вип. 19.7. - С. 90-97.
12. Синякевич 1.М. Економша люокористування. - Львiв : Вид-во 1ЗМН, 2000. - 402 с.
13. Синякевич 1.М. Люова пол^ика. - Львiв : Вид-во УкрДЛТУ, 2005. - 222 с.
Мартынцив М.П., Сологуб Б.В., Климковский М.И. Оценка эффективности освоения горных лесов подвесными канатными системами
Выполнен анализ работы канатных установок и оценено деревостой как объект труда. Предложена усовершенствованная схема канатной установки и методика выбора ее основных параметров. Приведены зависимости, которые дают возможность оценить эффективность работы канатных установок и учесть затраты на ликвидацию экологических убытков, нанесенных во время освоения горных лесов.
Martinciv M.P., Solohub B. W., Klimkovskiy M.I. Mastering efficiency estimation of the mountain forests by the suspended rope systems
The analysis of work of haulers is executed and a tree is appraised the state, as an object of labour. The improved chart of hauler and method of choice of it is offered basic parameters. Dependences which enable to estimate efficiency of work of haulers and take into account expenses on liquidation of ecological losses of the mountain forests inflicted at mastering are resulted. _
