Способы минимизации затрат на первичный транспорт леса

В настоящее время перед лесозаготовителями остро стоит проблема минимизации затрат при транспортном освоении лесного фонда, ведь издержки на выполнение операций, связанных с первичным транспортом леса, могут достигать 50 % в общем объеме лесотранспортных работ. Несмотря на то что этой проблеме уделялось достаточно много внимания в исследованиях ученых СПбЛТА, ВГЛТА, МарГТУ, МГУЛ, ЦНИИМЭ, ГНЦ ЛПК [1], [2], [3], ряд вопросов в области повышения эффективности транс -портно-заготовительных операций окончательно не решен. Одним из направлений этих исследований [8], [9], [10] является повышение эффективности функционирования первичной лесотранспортной сети лесозаготовительного предприятия в реальных природно-производственных условиях. В рамках этого направления должны быть решены две основные задачи.

• 1.    Определение критического объема ( Q _Kp ) вывозки леса из лесосеки, при превышении которого экономически целесообразно устройство временных лесовозных дорог (усов); в случае если запас леса меньше Q _k , лес целесообразно трелевать тракторами по магистральным волокам за пределы лесосеки.

• 2.    Если до лесосеки прокладывается ус, то необходимо обосновать целесообразность продолжения усов в ее пределы и определить оптимальную технологическую схему освоения лесосеки.

В работе профессора В. И. Алябьева [1], а также в трудах исследователей Карельского науч

но-исследовательского института лесопромышленного комплекса ПетрГУ [6] рассматривались вопросы определения целесообразности строительства усов при освоении небольших лесосек. В настоящее время эти вопросы стали более актуальными, так как при сортиментной заготовке сбор, трелевка, сортировка и штабелевка леса производится форвардерами (тракторами-сор-тиментовозами). Форвардеры на колесной базе имеют большую скорость, чем гусеничные трелевочные тракторы, и, что особенно важно, трелюют сортименты в полностью погруженном положении, что исключает повреждения древесины, которые имеют место при трелевке деревьев или хлыстов в полупогруженном положении. Поэтому форвардеры можно использовать в определенных условиях для транспортировки сортиментов на значительные расстояния.

В работе [7] приведены зависимости для определения Q , выведенные нами для решения тех же задач. Анализ показал, что зависимости, представленные в работах [1], [6], не учитывают несколько существенных факторов: 1. Расстояние трелевки. 2. Время на набор и разгрузку воза. 3. Эксплуатационные затраты в смену (стоимость машино-смены) при работе форвардера на лесосеке и за ее пределами. 4. Принимается одинаковая скорость движения по лесосеке и за ее пределами, хотя на практике эти значения отличаются. В конечном итоге игнорирование этих факторов приводит к значительным ошибкам при определении критического значения объема перевозки леса ( Q _kp ).

Расчеты показали, что при определении критической величины Q по рекомендациям [1] его значение завышено от 2 до 4 раз. Невозможно транспортировать тракторами или фор-вардерами объемы леса более 10-15 тыс. м³. Производительность тракторов при расстоянии транспортировки более 3-4 км резко падает, подстилающие грунты на магистральном волоке не выдерживают большого количества проходов машин и требуют больших затрат на содержание. Кроме того, нужно резко увеличить парк трелевочных тракторов (форвардеров).

С использованием полученных нами зависимостей составлена программа для определения критического значения величины Q с учетом всех влияющих факторов, а также построены номограммы для упрощения расчетов в условиях лесозаготовительных предприятий [7].

Проведенное с использованием разработанных методов и выведенных расчетных зависимостей обоснование критических объемов дало возможность определить лучший вариант транспортного освоения лесосеки для конкретных производственных условий: 1) строительство усов с вывозкой по ним леса от лесосеки автотранспортом к ближайшему погрузочному пункту; 2) трелевка леса тракторами на это расстояние.

Если доказана необходимость строительства уса до разрабатываемой лесосеки, следует определить целесообразность продолжения уса в пределы лесосеки с целью снижения суммарных затрат на прокладку волоков, трелевку, строительство уса и транспортировку леса по усу до границ лесосеки.

В настоящее время при разработке делянок применяются в основном три технологические схемы [1], [2] (рис. 1).

• •    Метод широкого фронта применяется в тех случаях, когда погрузочные пункты просты и затраты на их подготовку очень незначительны. Эта схема получила большое распространение после широкого внедрения в производство челюстных погрузчиков. В последние годы на погрузке хлыстов, и особенно сортиментов, в автопоездах в значительных масштабах используются манипуляторы, устанавливаемые

на автопоездах. В этом случае затраты на устройство площадок под штабеля еще больше минимизируются.

• •    Параллельная схема применяется в тех случаях, когда требуется концентрация стрелеван-ного леса в одном месте или при невозможности обустройства погрузочных пунктов по природно-производственным условиям (рельеф, несущая способность грунтов, укладки леса вдоль уса), когда несколько пасечных параллельных волоков выходят на один магистральный волок.

• •    Радиальная схема позволяет при одинаковой площади делянки значительно сократить расстояние трелевки по сравнению с параллельной схемой, за счет того что магистральные волока соединяют отдельные участки делянок с погрузочным пунктом по кратчайшим направлениям.

В современных условиях ввиду многообразия техники, возможности эксплуатации в различных условиях указанные классические схемы не должны быть догмой. Они могут дополняться, изменяться и совершенствоваться с учетом возможности машин, оборудования и конкретных природно-производственных условий.

Рассмотрим возможность снижения затрат, когда до лесосеки построен ус, путем уменьшения среднего расстояния трелевки за счет продолжения лесовозного уса в пределах лесосеки. Делянку осваивают по параллельной схеме с использованием харвестера и форвардера (рис. 2). Технологическая схема работы: харвестер, двигаясь от дороги вглубь лесосеки, производит валку деревьев, обрезку сучьев и раскряжевку на сортименты и частичную их штабелевку, затем в дальнем конце лесосеки сдвигается на ширину полупасеки, разворачивается и, двигаясь в обратном направлении, производит те же операции. Форвардер, двигаясь от дороги, собирает сортименты, укладывает их в кузов, причем, удаляясь от дороги, он укладывает сортименты одного размера, возвращаясь, добирает сортименты других размеров, затем движется по магистральному волоку к погрузочной площадке, где производит сортировку и штабелевку сортиментов.

Рис. 1. Схемы расположения трелевочных волоков: а - с широким фронтом отгрузки; б - параллельная; в - радиальная. 1 - пасечный волок; 2 - магистральный волок; 3 - ус

Рис. 2. Параллельная схема разработки делянки

Зададимся исходными данными: разработка делянки ведется с использованием комплекса машин в составе харвестера МЛХ-434 и форвар-дера МЛ-131. Длина делянки L = 500 м, ширина B = 500 м, запас на 1 га – 150 м³. По данным хронометражных наблюдений, средний объем воза при среднем объеме хлыста 0,25 м³ составляет 9,7 м³. Скорость движения по волоку в грузовом направлении – 56 м/мин., в порожнем – 71 м/мин., время погрузки t _п = 25 мин. Расчеты показали, что стоимость прокладки уса в пределах лесосеки – 60 тыс. руб./км, стоимость транспортировки по усу 1 м³ леса – 5 руб./км, время разгрузки t _p = 10,24 мин., стоимость строительства уса внутри лесосек – 60 тыс. руб. Объем леса – 150 ∙ 0,25 = 3750 м³. В базовом варианте среднее расстояние трелевки l _ср = 0,5 ⋅ 500 + 0,25 ⋅ 500 = 375 м. Предполагается в середине лесосек проложить ус на расстояние 320 м. В этом случае среднее расстояние трелевки до уса составляет 125 м. Затраты на трелевку (соответственно в базовом С _1Ту и проектном варианте С _2Ту ) определялись по известным формулам в расчете на 1 м³:

с с м т

1 Ту п , 2 Ту п ’

П1

Т к оТ К О см в Q                  см в Q

П1 =             ,       , , П 2 -             1       / , t +t + lCPLl,1^       t +t l,1^l,1^

нп + р +     +             нп + р ++

VV пор гр                           пор гр где См – стоимость машино-смены форвардера с зарплатой оператора, руб.; П1, П2 – производительность форвардера в базовом и проектном варианте соответственно, м3/см; Тсм – время смены, мин.; Kв – коэффициент использования времени смены (0,812); Q – объем пачки сортиментов, м3; lср1, lср2 – среднее расстояние трелевки в базовом и проектном варианте соответственно, м; vпор и vгр – скорость движения трактора (форварде-р ра) в порожнем и грузовом направлении соответственно, м/мин.; tнп и tр – время набора пачки и разгрузки, мин.

В результате расчетов по формулам (1) и (2) в базовом варианте получим П1 = 80,05 м3/см; С1Ty = 62,46 руб⋅м3. Затраты на трелевку всего объема C равны затратам на освоение лесосеки С01 = 62,416Т∙375,0 = 234225 руб.

В проектном варианте П ₂ = 95,14 м³/см; С _{2 T} = 52,55 руб./м³. Затраты на трелевку всего об^{2 T} ъ ^y ема С _2T = 52,5 ∙ 3750 = 196875 руб. Затраты на строительство уса С _у = 60 000 ∙ 0,32 = 19 200 руб. Затраты на пере ^у возку по усу определяем следующим образом: на расстояние 0,32 км перевозится 0,36 всего объема; на расстояние 0,32/2 км – 0,64 всего объема, следовательно, среднее расстояние транспортировки по усу составит 0,22 км, отсюда С _пу = 5 ∙ 3750 ∙ 0,22 = 4125,5 руб. Экономия затрат от упразднения устройства магистрального волока: С _мв = 15 000 × 0,25 = 3750 руб. Суммарные затраты на трелевку, строительство уса, перевозку по усу и экономия от упразднения устройства магистрального волока С ₀₂ = 196 875 + 19 200 + 4687,5 – 3750 = 212 887 руб. Соотношение затрат C ₀₁ / C ₀₂ = 1,10, то есть при устройстве и сокращении расстояния трелевки затраты уменьшаются на 10 %.

Соотношение затрат C ₀₁ / C ₀₂ во многом зависит от конфигурации лесосеки и варьируется от 1,1 до 1,24. Например, при длине и ширине лесосеки 1000 x 1000 м, запасе леса в лесосеке 15 000 м³ и остальных тех же условиях, что и в предыдущем примере, C ₀₁ / C ₀₂ = 1,24.

В определенных условиях эффект от устройства усов внутри лесосеки может быть еще выше. В частности, это возможно, если в покрытие уса будут уложены древесные отходы, появившиеся в процессе обрезки сучьев с деревьев при заготовке леса в хлыстах или обрезке сучьев и раскряжевке при сортиментной заготовке. В обоих случаях эффект достигается за счет снижения стоимости усов. При заготовке леса с использованием валочно-трелевочно-процессорной машины (ВТПМ) [4], [5] технология работы заключается в следующем: вначале ВТПМ работает на трассе уса и примыкающей полосе, на расстоянии 15–20 м производит валку деревьев, обрезку сучьев и раскряжевку, укладывая древесные отходы на трассу уса. После этого бензопилами спиливаются пни заподлицо. Затем на лесосеке производится валка и трелевка деревьев к трассе уса, у трассы уса – обрезка сучьев, раскряжевка деревьев. Древесные отходы остаются на трассе уса. В процессе сортировки и штабелевки сортиментов форвардером они уплотняются и служат покрытием уса. При необходимости древесные отходы засыпаются слоем грунта, взятого с канав по обе стороны уса.

Таким образом, укладка древесных отходов в покрытие уса производится в процессе выполнения ВТПМ основной работы – заготовки сортиментов. При этом исключаются затраты на доставку древесных отходов, что позволяет минимизировать стоимость строительства уса. В сравнении с прокладкой магистрального волока добавляются лишь затраты на укладку в покрытие из древесных отходов грунта, что производится лишь на 20–30 % протяженности дороги. Проведенные расчеты показывают, что стоимость строительства уса по этой технологии составляет не более 45 тыс. руб.

Определим эффективность заготовки леса по предлагаемой технологической схеме со строительством уса. L = 1000 м, B = 1000 м, Q = 15000 м³, работа в базовом варианте производится по параллельной схеме. Производительность ВПТМ (в базовом и проектном вариантах) на валке-трелевке [4]:

П 1 =------ T”' Кв,' Q , , П 2 =------ T”' Кв,' Q , , (3)

t ey • Q + 1 р +     + ср^-        t ey • Q + 1 р + ^ р ¹+ -р^-

V v                  V V пор гр                              пор гр где Q – объем трелюемой пачки, м3 (9,7 м3); vпор и vгр– скорость движения ВТПМ в порожнем ир грузровом направлении соответственно, м/мин.; tву и tр – время валки, укладки в коник 1 м3 (2,53 мин.) и разгрузки соответственно, мин.

В базовом варианте l _ср = 500 + 250 = 750 м . В рассматриваемом варианте l _ср = 250 м . По формуле (6): П ₁ = 63,88 м³/см; П ₂ = ^р 103,11 м³/см. Затраты на строительство уса С _у = 45 000 ∙ 0,6 = 27 500 руб. Затраты на транспортировку по усу С _пу = 5 ∙ 0,42 ∙ 15 000 = 31 500 руб. Снижение затрат за счет упразднения магистрального волока на расстояние 0,5 км: 15 000 ∙ 0,5 = 7500 руб. С ₂₀ = 727 379 + 27 500 + 31 500 – 7500 = 778 879 р ²⁰ уб. В результате расчетов получим, что суммарные затраты по базовому варианту С ₁₀ = 1 103 636 руб., по проектному варианту – 778 879 руб. Отсюда C ₁₀ / C ₂₀ = 1 103 636 / 77 8879 = 1,42, то есть транспортные затраты на освоение лесосек в проектном варианте меньше на 42 %.

Строительство волоков по технологии с укладкой древесных отходов в покрытие уса в процессе обрезки сучьев и раскряжевки может быть организовано и с использованием других комплектов машин. Например, валка-трелевка валочно-трелевочными машинами; валка бензо- пилами; трелевка тракторами с тросочокерным оборудованием или тракторами с манипулятором; валка валочно-пакетирующими машинами; трелевка тракторами с манипулятором или с пачковым захватом (скиддерами). На обрезке сучьев и раскряжевке во всех приведенных случаях используются сучкорезно-раскряжевочные машины отечественного или зарубежного производства.

ВЫВОДЫ

В настоящее время при разработке лесосек и делянок применяются несколько типовых технологических схем. Трелевка деревьев, хлыстов или сортиментов производится либо к одному погрузочному пункту, либо к усу, проходящему вдоль лесосеки (делянки), при этом штабеля деревьев, хлыстов или сортиментов располагаются вдоль этого уса.

Если до лесосеки целесообразно строительство уса, то по приведенным в работе методике и зависимостям можно определить условия, при которых целесообразно проложить ус в пределах лесосеки (делянки), снизив этим расстояние трелевки. Проведенными расчетами доказано, что при прокладке уса внутри лесосеки (делянки) суммарные затраты на трелевку, прокладку магистральных волоков, временных дорог и транспортировку до точки примыкания уса к лесосеке в сравнении с базовым вариантом (трелевка до погрузочного пункта, находящегося на периферии лесосеки) меньше на 10–30 % (в зависимости от формы, площади лесосеки и запаса леса).

Экономический эффект определяется в основном снижением расстояния трелевки; также он обусловлен соотношением удельных затрат на вывозку леса по усу автопоездами и трелевку форвардерами. Наибольший эффект может быть получен при устройстве покрытия уса из древесных отходов по описанной в работе технологии, при заготовке сортиментов с использованием ВТПМ.