Обоснование технологии механизированной лесоочистки лож водохранилищ и компоновки оборудования для ее выполнения

УДК

630.323.13

DOI:

10.37482/0536-1036-2020-1-128-145

Аннотация

Проблема очистки лож водохранилищ при строительстве каскадов гидроэлектростанций актуальна. В существующей практике сводка леса осуществляется в виде сплошных рубок главного пользования, выполняемых за 15–20 лет до затопления территории. При этом не учитывается, что еще до затопления происходит вторичное зарастание ложа водохранилища тонкомерными лиственными породами с диаметрами стволов до 15 см, средний объем хлыста которых в 3–5 раз меньше, чем у предшествующих лесоочистке древостоев. В связи с этим на данном виде работ применение существующей лесозаготовительной техники малоэффективно. Необходимы машины и технологии, обеспечивающие выполнение поставленной задачи. Цель исследования – разработка технологии очистки ложа водохранилища (на примере Богучанской гидроэлектростанции на р. Ангара) от вторичного зарастания после проведения сплошных рубок, а также конструкции и компоновки оборудования к валочно-пакетирующей машине ЛП-19В для срезания деревьев, технологии его применения. Программа исследований предусматривает: анализ усилий резания древесины с учетом сил инерции; расчеты производительности агрегата срезания древостоев и их транспортировки к месту погрузки; выбор размеров пасек, их числа и расстояний трелевки или вывозки; изучение режимов использования техники на срезании пней, лесосводке и вывозке. Предложена конструкция рабочего органа к ЛП-19В, включающая дисковую фрезу и откладчик пачек, что позволяет повысить ее производительность в лесосеках в 3–4 раза при объеме хлыста около 0,14 м³. Разработана технология погрузки и доставки леса на баржи, переработки неделовой древесины. Предлагаемая технология повторной очистки ложа водохранилища гидроэлектростанций позволяет полностью механизировать технологический процесс лесоочистки, снизить затраты труда и повысить ее качество, уменьшить негативные процессы, связанные с затоплением древесных насаждений при заполнении водохранилищ гидроэлектростанций.

Сведения об авторах

С.Н. Орловский, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: N-6780-2019, ORCID: 0000-0001-8904-834X
Красноярский государственный аграрный университет, просп. Мира, д. 90, г. Красноярск, Россия, 660049; е-mail: orlovskiysergey@mail.ru

Ключевые слова

водохранилище, сводка леса, технология лесоочистки водохранилища, механизация, срезание древостоев, компоновка, конструкция

Для цитирования

Орловский С.Н. Обоснование технологии механизированной лесоочистки лож водохранилищ и компоновки оборудования для ее выполнения // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 1. С. 128–145. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-1-128-145

Литература

1. Александров В.А. Механизация лесосечных работ в России. СПб.: Профи, 2009. 256 с. [Aleksandrov V.A. Mechanization of Logging Operations in Russia. Saint Petersburg, Profi Publ., 2009. 256 p.].
2. Богучанская ГЭС на реке Ангаре. Технический проект: в 3 т. Т. III. Водохранилище и охрана окружающей среды. Кн. 1. Водохранилище. М.: Гидропроект, 1976. 219 с. [Boguchany Hydro Power Plant on the Angara River. Technical Project. In 3 vol. Vol. 3. Reservoir and Environmental Protection. Book 1. Reservoir. Moscow, Gidroproyekt Publ., 1976. 219 p.].
3. Верхов Ю.И. Проектирование погрузочно-транспортных машин с учетом их колебаний. Красноярск: КГТА, 1986. 175 с. [Verkhov Yu.I. Design of Forwarders with Allowances Made for Their Vibrations. Krasnoyarsk, KGTA Publ., 1986. 175 p.].
4. Григорьян В.Г. Торфяные машины и их эксплуатация. М.: Высш. шк., 1982. 232 с. [Grigoryan V.G. Peat Machines and Their Operation. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1982. 232 p.].
5. Карнаухов А.И. Лесопожарные агрегаты с торцовой фрезой. Концепция энергосбережения: моногр. Красноярск: СибГТУ, 2011. 220 с. [Karnaukhov A.I. Forest Fire Units with a Face Cutter. Energy Saving Concept: Monograph. Krasnoyarsk, SibSTU Publ., 2011. 220 p.].
6. Корпачев В.П., Малинин Л.И., Чебых М.М. Методика прогнозирования поступления древесной массы при затоплении и эксплуатации водохранилищ ГЭС Ангаро-Енисейского региона // Использование и восстановление ресурсов АнгароЕнисейского региона: сб. науч. тр. всесоюз. науч.-практ. конф. Т. II. Красноярск, Лесосибирск, 1991. С. 107–113. [Korpachev V.P., Malinin L.I., Chebykh M.M. Prediction Technique of Wood Pulp Income during Flooding and Operation of Reservoirs of HPP of the Angara-Yenisei Region. Use and Restoration of Resources of the Angara-Yenisei Region: Collection of Academic Papers of the All-Union Scientific and Practical Conference. Vol. 2. Krasnoyarsk, Lesosibirsk Publ., 1991, pp. 107–113].
7. Корпачев В.П., Сладикова С.М., Пережилин А.И. Оценка запасов древесной массы в водохранилище Богучанской ГЭС в процессе его подготовки и эксплуатации. Красноярск: СибГТУ, 2007. 94 с. [Korpachev V.P., Sladikova S.M., Perezhilin A.I. Assessment of Wood Pulp Reserves in the Boguchanskaya HPP Reservoir in the Process of Its Preparation and Operation. Krasnoyarsk, SibGTU Publ., 2007. 94 p.].
8. Логинов Т.И., Лещ-Борисовский А.И., Фогель Д.Н. Лесосводка и лесоочистка водохранилищ гидротехнических сооружений. М.: Лесн. пром-сть, 1976. 136 с. [Loginov T.I., Leshch-Borisovskiy A.I., Fogel’ D.N. Logging and Forest Cleaning of Reservoirs of Hydraulic Engineering Structures. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1976. 136 p.].
9. Опейко Ф.А. Торфяные машины. Минск: Вышэйш. шк., 1968. 408 с. [Opeyko F.A. Peat Machines. Minsk, Vysheyshaya shkola Publ., 1968. 408 p.].
10. Орловский С.Н. Проектирование машин и оборудования для садовопаркового и ландшафтного строительства. Красноярск: СибГТУ, 2004. 108 с. [Orlovsky S.N. Design of Machinery and Equipment for Garden and Landscape Construction. Krasnoyarsk, SibSTU Publ., 2004. 108 p.].
11. Орловский С.Н. Определение энергетических и динамических параметров тракторов, режимов резания активных рабочих органов машино-тракторных агрегатов: моногр. Красноярск: КрасГАУ, 2011. 376 с. [Orlovsky S.N. Determination of Energy and Dynamic Parameters of Tractors, Cutting Modes of Active Working Bodies of MachineTractor Units: Monograph. Krasnoyarsk, KrasGAU Publ., 2011. 376 p.].
12. Орловский С.Н., Карнаухов А.И. Теоретические предпосылки к обоснованию параметров и режимов работы роторных рабочих органов // Изв. вузов. Лесн. журн. 2012. № 4. С. 70–76. [Orlovsky S.N., Karnaukhov A.I. Theoretical Background of Rotary Tools Parameters and Operating Modes. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2012, no. 4, pp. 70–76]. URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/4d2/dggj1.pdf
13. Орловский С.Н., Карнаухов А.И. Обоснование технологии применения и компоновки агрегата для понижения пней // Изв. вузов. Лесн. журн. 2017. № 3. С. 123–131. [Orlovskiy S.N., Karnaukhov A.I. Application and Configuration Technology of the Stump Lowering Device. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2017, no. 3, pp. 123–131]. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.3.123; URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/ iblock/111/2_orlovskiy.pdf
14. Полетайкин В.Ф. Динамика переходных режимов работы лесных погрузчиков // Межвуз. сб. науч. тр. Красноярск: КГТА, 1993. С. 32–51. [Poletaykin V.F. Dynamics of Transient Modes of Operation of Forest Loaders. Intercollegiate Collection of Academic Papers. Krasnoyarsk, KGTA Publ., 1993, pp. 32–51].
15. Полетайкин В.Ф., Авдеева Е.В. Погрузочные машины. Красноярск: СибГТУ, 2001. 200 с. [Poletaykin V.F., Avdeyeva E.V. Loading Machines. Krasnoyarsk, SibSTU Publ., 2001. 200 p.].
16. Разработка мероприятий по лесосводке и лесоочистке в зоне водохранилища Богучанского гидроузла на реке Ангаре: отчет о НИР. Красноярск: Сиб. междунар. ин-т леса, 2006. 19 с. [Development of Measures for Logging and Forest Cleaning in the Area of the Reservoir of the Boguchany Hydrosite on the Angara River: Research Report. Krasnoyarsk, Noncommercial Research Institution “Siberian International Institute of Forest”, 2006. 19 p.].
17. Разработка прогноза засорения и загрязнения водохранилища Богучанской ГЭС древесной массой и органическими веществами, комплекса предложений по очистке водохранилища от древесной массы: отчет о НИР / Красноярск: СибГТУ, 2006. 90 с. [Developmentof the Forecast of Clogging and Pollution of the Boguchany HPP Reservoir with Wood Pulp and Organic Substances; a Set of Proposals for Cleaning the Reservoir from Wood Pulp: Research Report. Krasnoyarsk, SibSTU, 2006. 90 p.].
18. Bell J.L. Changes in Logging Injury Rates Associated with Use of FellerBunchers in West Virginia. Proceedings of the International Mountain Logging and 11th Pacific Northwest Skyline Symposium. Seattle, WA, 2001, pр. 28–36.
19. Jones P.C., Hawkend J.H. Stump Grinders. Austin, TX, UT Press, 2014. 156 p.
20. Leon B.H., Benjamin J.G. A Survey of Business Attributes, Harvest Capacity and Equipment Infrastructure of Logging Businesses in the Northern Forest. Orono, ME, University of Maine, 2012. 29 p.
21. Spinelli R., Cuchet E., Roux P. A New Feller-Buncher for Harvesting Energy Wood: Results from a European Test Programme. Biomass and Bioenergy, 2006, vol. 31, iss. 4, pp. 205–210. DOI: 10.1016/j.biombioe.2006.08.002
22. Spinelli R., Hartsough B.R., Owende P.M.O., Ward S.M. Productivity and Cost of Mechanized Whole-Tree Harvesting of Fast-Growing Eucalypt Stands. International Journal of Forest Engineering, 2002, vol. 13, iss. 2, pp. 49–60. DOI: 10.1080/14942119.2002.10702462
23. Teggin R., Kavadimatti S., Hebbal S. Design and Fabrication of Machine Performing Multiple Wood Working Operations. Proceeding of NCRIET-2015 & Indian Journal of Scientific Research, 2015, vol. 12, no. 1, pp. 162–167.

Ссылка на английскую версию:

Substantiation of the Technology of Mechanized Clear-Cutting of Reservoir Beds and Equipment Arrangement for Its Implementation

SUBSTANTIATION OF THE TECHNOLOGY OF MECHANIZED CLEAR-CUTTING OF RESERVOIR BEDS AND EQUIPMENT ARRANGEMENT FOR ITS IMPLEMENTATION

S.N. Orlovsky, Candidate of Engineering, Assoc. Prof.; ResearcherID: N-6780-2019, ORCID: 0000-0001-8904-834X
Krasnoyarsk State Agrarian University, prosp. Mira, 90, Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation; e-mail: orlovskiysergey@mail.ru

The issue of cleaning reservoir beds during the construction of cascades of hydroelectric power plants is relevant. In current practice, forest clearance is carried out in the form of clear-cutting 15–20 years before the flooding of the area. Herewith, the fact that even before flooding, the reservoir bed is secondly overgrown with fine-sized deciduous species with trunk diameter of up to 15 cm, average volume per tree of which is 3–5 times less than that of previous stands, is ignored. In view of this, it turned out that the use of existing harvesting and logging equipment is ineffective in this type of works. It is necessary to develop machines and technologies that ensure the fulfillment of the assigned task. The research purpose is to develop a technology for cleaning the reservoir bed (on the example of the Boguchany Hydro Power Plant (HPP) on the Angara river) from secondary overgrowing after clear-cutting; as well as the design and arrangement of equipment for the fellerbuncher LP-19V for trees cutting, and the technology of its application. The research agenda  includes an analysis of wood cutting forces with regard to inertial forces; calculations of the productivity of the unit for cutting stands and their transportation to the place of loading; sizing of forest swathes, their number and skidding or haulage distances; study of use modes of equipment for cutting stumps, forest clearance and hauling. A design of the working body for the feller-buncher LP-19V is proposed, including a disk cutter and a packer, which allows to increase its productivity in cutting areas by 3–4 times with a whip volume of about 0.14 m³. A technology for loading and delivering timber to barges, and processing unmerchantable wood has been developed. The proposed technology for recleaning the reservoir bed of a hydro power plant allows to fully mechanize the technological process of forest clearance, reduce labour costs and improve the cleaning quality, reduce the negative effects associated with flooding of tree stands while filling HHP reservoirs.

For citation: Orlovsky S.N. Substantiation of the Technology of Mechanized Clear-Cutting of Reservoir Beds and Equipment Arrangement for Its Implementation. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2020, no. 1, pp. 128–145. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-1-128-145

Keywords: reservoir, forest clearance, technology, mechanization, cutting of stands, arrangement, design.

Поступила 13.01.19 / Received on January 13, 2019