Тема 2. Способы сбора семян

Раздел 1. Введение

Лекции по машинам и механизмам лесного хозяйства и садово-паркового строительства

Тема 1.1. Краткий очерк развития земледельческой механики и механизации лесохозяйственных работ. Состояние, проблемы и перспективы развития механизации работ в лесном хозяйстве. Этапы развития механизации лесохозяйственных работ. Цели и задачи дисциплины "Машины и механизмы". Содержание и порядок изучения.

Дисциплина «машины и механизмы в лесном хозяйстве» ставит своей целью подготовку высококвалифицированного специалиста лесного хозяйства, имеющего высокий уровень профессиональной подготов­ки и самостоятельного решения ряда технических задач, связанных с совер­шенствованием технических средств и рациональным их использованием в конкретных условиях работы в лесном хозяйстве.

Знания, полученные студентами в результате изучения дисциплины, необходимы для более эффективного усвоения дисциплины «Система машин в лесном хозяйстве», «Лесные культуры», «Ле­соэксплуатация», «Технология и машины в лесном хозяйстве» и др.

На протяжении всей истории человечества труд является основной движущей силой на пути развития. Труд человека неразрывно связан со средствами производства, которыми называют совокупность средств и предметов труда.

В свою очередь, средства труда - это «совокупность средств, с помощью которых люди влияют на предметы труда, видоизменяя их в соответствии со своими потребностями». Главным средством труда являются орудия труда. По словам К. Маркса, наличие в трудовом процессе орудий труда придаёт труду опосредованный характер.

Предметы труда представляют собой «вещество природы, на которое человек воздействует в процессе труда с целью приспособления его для личного или производственного потребления».

Таким образом, труд – это особая система, состоящая из трех компонентов:

человека как субъекта труда, средств труда и предметов труда.

Преобразование средств труда ведет к принципиальному изменению его характера. Увеличение производительности, качества и эффективности труда тесно связано со средствами труда, которые в процессе развития изменяются от простейших орудий и приспособлений до сегодняшних автоматизированных комплексов.

Вместе с развитием средств труда в процессе развития общества происходит разделение труда - «качественная дифференциация трудовой деятельности, приводящая к обособлению и сосуществованию различных её видов».

Интенсивное преобразование средств труда началось на рубеже XVIII и XIX в.в. с появлением научных открытий в области энергетики, химии, двигателестроения и др. Они получили широкое практическое применение при создании новых видов орудий труда, машин и механизмов. Эти открытия изменили сущность труда, значительно уменьшив его физическую составляющую в производстве продукции за счет значительного увеличения доли технической составляющей.

Возникновение и развитие машинной индустрии сопровождалось значительным углублением общественного разделения труда, стихийным формированием новых отраслей производства. Одной из важнейших отраслей общественного производства были и остаются лесозаготовки.

Без преувеличения можно сказать, что цивилизация своим развитием обязана, прежде всего, применению древесины - сначала как топлива, строительного материала, а затем сырья для изготовления бумаги, химического производства. И ее значение в жизни человечества в обозримом будущем, видимо, не снизится, несмотря на все успехи по созданию искусственных материалов, так как равноценной замены столь универсальному естественному полимеру - концентрату разнообразнейших веществ - на сегодняшний день не существует. Поэтому пользоваться этим бесценным даром природы надо экономно, с большой осмотрительностью, по возможности сохраняя лесные богатства планеты. В связи с вышесказанным важной проблемой является совершенствование технологии лесозаготовок. Решение этой проблемы требует изучения влияния орудий труда и средств производства на становление технологии лесозаготовок.

Орудия труда лесозаготовителей берут свои истоки с примитивного каменного рубила с острыми кромками, полученными в результате скола или после некоторой обработки. Привязав его к палке, неведомый первобытный дровосек стал обладателем пратопора. Топор — первое двусоставное орудие. Соединение двух элементов было непростой инженерной задачей. Поначалу их связывали жилами животных или полосками кожи. Таким топором успешно обходились аборигены Австралии, Африки и Центральной Америки почти до середины ХХ века. Судя по экспериментам, проведенным археологами, таким инструментом можно было свалить средних размеров ель всего за 25 мин.

Топор появился примерно в ХI - VII тысячелетиях до нашей эры. Одним из первых был так называемый топор - клевец — с узким вытянутым прямоугольным лезвием, ориентированным поперек топорища.

Топор – вначале каменный, затем бронзовый и железный - был основным орудием труда в лесу на протяжении многих тысячелетий.

Как только люди научились плавить металлы, они стали изготовлять медные топорища. Известно, что уже много веков назад русские кузнецы делали отличные железные топоры. Как ни парадоксально, но, по расчетам математика В. И. Желиговского, найденные во время строительства московского метрополитена древние топоры по своим параметрам обладали более высоким коэффициентом полезного действия, чем современные.

В VIII в., когда цивилизация Европы начала быстро развиваться, возникла потребность в расчистке огромных территорий, занятых густыми лесами.

На массовую основу производство топоров как средств вырубки леса было поставлено в 1830-х годах в Соединенных Штатах Америки. Топоры братьев Коллинз, в которых вес клинка был равен весу топорища, безраздельно царили на рынке вплоть до 1880-х годов, когда их окончательно потеснила механическая пила.

Топор господствовал на лесозаготовках вплоть до середины ХIХ века. После того, как люди научились ковать железо, на лесозаготовках с топорами стали соперничать пилы.

Считается, что первая пила появилась еще до начала летописной истории. Наиболее ранними экземплярами стали, найденные археологами зазубренные куски камня. В основном они использовались для создания орнамента на кости и мягком камне. Древние египтяне создавали пилы из бронзы, причем зубьями у них служили алмазы и другие драгоценные камни. Зубья египетских пил имели наклон в сторону рукояти, что позволяло совершать рез «на тягу». Такие пилы до сих пор используются на Востоке.

В бронзовом веке пилы стали делать из бронзы, а в железном — из железа, причем их снабдили сравнительно удобной рукояткой типа «лисий хвост». Появление первых железных пил относят к 50 году до н. э.

Однако пилы на лесоповалах распространялись медленно, так как пользоваться применяемыми на делянке двуручными пилами приходилось втроем: двое пилили, а третий, помощник, смотрел и подталкивал шестом готовое упасть дерево в нужную сторону. Между тем, свалить такое же дерево за такое же время мог и один лесоруб, вооруженный топором. Правда, пильщики не раз пытались навязать роль помощника самому инструменту, зачастую находя простые и остроумные решения. Например, делали одноручные пилы, изготовленные из согнутого ствола тонкой березки, к концам которого крепилось пильное полотно.

В ХIХ веке широко применялись "американки", представлявшие комбинацию ножовки и двуручной пилы. Таким инструментом спилить небольшие деревья можно в одиночку. Куда сложнее была пила, оснащенная поддерживающими опорами, подпружиненными роликами и винтами, регулирующими прижим полотна к стволу. Видимо, из-за этой самой сложности она и не пользовалась популярностью у лесозаготовителей.

Много лет, и небезуспешно, для валки деревьев применяли лучковые пилы. В нашей стране они встречались еще в послевоенные годы. В середине ХIХ века происходит интенсивное развитие техники, что отражается и на технологии лесозаготовок, где появляются первые лесоповалочные механизмы. Так, в устройстве, придуманном американским инженером Гамильтоном в 1861 году, двое рабочих рукоятками вращали колесо-маховик с зубчатым венцом, тем самым приводя в возвратно-поступательное движение пильное полотно. Примерно в те же годы русский изобретатель Д. И. Журавский первым предложил пилу, в которой роль режущего органа выполнял диск с зубьями.

И все-таки ни диск, ни ленточное полотно, даже кольцеобразное, не стали основой современных переносных механических пил. Ею стала режущая цепь, впервые предложенная ещё в 1858 году американцем Брауном. Его современники не оценили изобретения. Первые серийные образцы подобных пил появились лишь спустя несколько десятилетий. Они были громоздкими, орудовать ими в одиночку было невозможно. Пример тому - мотопила "Сектор", разработанная в 20-30-х годах ХХ века шведским инженером Вестфельтом. На ней режущая цепь, натянутая по треугольному контуру через звездочки (одна ведущая), приводилась во вращение от бензинового двигателя через коническую передачу и длинный вал.

В эти же годы предельно тяжелые условия лесозаготовительного труда и низкая его производительность подталкивали вперед и инженерную мысль в СССР. В конце 1927 года приказом ВСНХ СССР была учреждена Северная опытная станция по механизации и рационализации лесозаготовок. С целью изучения зарубежной техники в 1927 году в СССР завезли для испытания появившиеся за границей моторные пилы «Сектор», «Рапид» и другие. С этого, собственно, и начиналась история моторных пил в СССР. Время показало, что электропилы хороши на раскряжевке, но малопригодны для валки. В 1931 году Бюро приспособлений Машинотреста проектирует и изготавливает первые опытные образцы бензомоторной пилы «Пионер», а Главное военно-инженерное Управление РККА организует изготовление бензомоторных пил МП-300 и серии электропил «Большевик». Период 30-40-х годов характерен исключительной интенсивностью опытных работ по созданию переносных механических цепных пил, и результатом этой работы явилось создание вскоре после Великой отечественной войны новой модели электропилы ЦНИИМЭ - ВАКОПП. Будучи почти вдвое легче своих предшественниц, пила ВАКОПП с 1946 года находит широкое применение в лесной промышленности. Одновременно в лес поступают передвижные электростанции ПЭС-12-50 нормальной частоты тока (50 Гц), мощностью 12 кВт.

Но лесозаготовка - это не только валка. Трелевка, вывозка леса - неотъемлемые составляющие лесозаготовительных работ. Интересна конструкция первой нашей трелевочной лебедки ТЛ-3. Эта трехбарабанная лебедка, выпускавшаяся с 1947 года, была, весьма совершенной для своего времени. В лесозаготовительной промышленности в конце 30г. работало более двух с половиной тысяч газогенераторных тракторов и автомобилей.

Создание лесозаготовительных машин шло одновременно по всем фазам производственного процесса. Для механизированной трелевки в первое время использовались гусеничные тракторы общего назначения.

Созданием первого специального трелевочного трактора в послевоенные годы занялись ученые Ленинградской лесотехнической академии ЦНИИМЭ, конструкторы Кировского завода и Гипролесмаша. Жорж Яковлевич Котин, конструктор знаменитого танка Т-34, со своими коллегами-танкостроителями буквально за два года создали первую лесопромышленную машину - трелевочный трактор КТ-12, выпущенный в 1948 году. Долгие годы он был основной машиной, применяемой на трелевке.

Трактор был оснащен газогенераторным двигателем, работающим на топливной чурке. Топливная чурка представляла собой кубики 50 на 50 мм, нарезанные, как правило, из березы, имеющей высокую теплотворную способность и меньший спрос, в отличие от строительного леса или пиловника других пород. Освоение производства лесопромышленных тракторов КТ-12 было поручено Кировскому машиностроительному заводу в Ленинграде. В последующие годы на смену маломощному КТ-12 пришел ТДТ-40 с более мощным дизельным двигателем. Подготовленную документацию для выпуска нового трактора передали на вновь созданный Минский тракторный завод.

Позднее массовое производство трелевочных тракторов было создано на базе Онежского оружейного завода. Онежский тракторный завод стал лидером мирового лесного тракторостроения для лесозаготовок, самой удачной моделью которого стал ТДТ-55.

Техника облегчила труд лесорубов. Но возросли психологические нагрузки, испытываемые операторами валочных, трелевочных и других машин. Ежедневно им приходится выполнять одни и те же операции — выезд на рабочую позицию, захват дерева, срезание его, укладка, разделка. Выход из создавшейся ситуации удалось найти благодаря развитию электроники.

Микропроцессоры позволили создать многофункцикииональные агрегаты, сначала громоздкие и маломаневренные, но с каждым годом все более совершенные.

В 80-90-е ХХ века большинство машиностроительных компаний начали выпуск именно таких многооперационных машин — харвестеров и форвардеров.

Харвестеры (от англ. harvester — жнец, собиратель урожая) — многооперационные лесосечные машины, предназначенные для выполнения комплекса операций: валка, обрезка сучьев, раскряжевка и пакетирование сортиментов при проведении сплошных и выборочных рубок, а также рубок ухода.

Форвардеры (от англ. forwarder — перевозчик, экспедитор) — самозагружающиеся машины для трелевки сортиментов. В технологические задачи этих машин входит сбор, подсортировка, доставка сортиментов от места заготовки до лесовозной дороги или склада и штабелевка сортиментов. Конструкция оборудования форвардеров состоит из погрузочного модуля — манипулятора и грузового модуля — тележки. Средняя производительность форвардеров при работе после харвестера — 12 кубических метров в час. Один комплекс «харвестер плюс форвардер» может заменить до 80 работающих на лесосеке по традиционной технологии. Объемы заготавливаемой древесины несопоставимы с ручным трудом — по традиционной технологии бригада из семи-восьми человек заготавливает 7—8 тысяч кубометров за год, а связка «харвестер — форвардер», позволяет заготавливать до 60 тысяч и более. Производительность заготовки древесины на одного человека возрастает примерно в восемь раз.

Иным стало и рабочее место водителя, которого лишь в силу традиции именуют лесорубом или трактористом. Это удобная, просторная кабина с круговым обзором, в которой поддерживается заданный микроклимат. Она сохраняет горизонтальное положение независимо от рельефа местности.

Современные агрегатные машины позволяют совмещать большинство операций. Приход в лес новой техники инициирует изменение всей технологии лесозаготовок.

Таким образом, орудия труда лесозаготовителей на протяжении столетий почти не менялись. Топор и пила долгое время были их основными орудиями. Интенсивное развитие инженерной мысли в ХIХ в. привело к совершенствованию лесозаготовительных механизмов, появлению первых лесоповалочных машин. Научно - техническая революция в ХХ веке произвела революцию и в механизации лесозаготовок, где сегодня используются многооперационные автоматизированные механизмы.

Таким образом, работы по механизации в СССР начались в кон. 20-х гг. Они сводились к приспособлению с.-х. машин к лесному х-ву. В 30—40-х гг. были разработаны первые конструкции лесных машин и орудий: конный и тракторный плуги, фреза почвенная, различные бороны, сеялки, культиваторы, обескрыливатель и веялка для очистки семян. В первые послевоенные годы дорабатывались и совершенствовались ранее созданные машины и орудия, разрабатывались лесотехнические требования к тракторам и комплексам машин для механизации лесокультурных работ на вырубках, песках, овражно-балочных и горных склонах, реконструкции насаждений.

С 1948 началось развитие средств механизации для создания полезащитных и других защитных лесных полос, дубрав промышленного значения, закрепления и облесения оврагов, балок, песков. В 1948—52 организовано 220 лесозащитных станций, возросла техническая оснащённость лесного х-ва. Если в 1947 в отрасли было только 117 тракторов, 30 плугов, 20 культиваторов, то в 1950 имелось 2,8 тыс. тракторов, 3,4 тыс. плугов, 1,7 тыс. культиваторов, 1,1 тыс. лесопосадочных машин. Значительно возрос уровень механизации основных лесохозяйственных работ, но комплексная механизация не была достигнута. В 1951 было организовано спец. конструкторское бюро при Министерстве лесного х-ва СССР, которое в 1953 передано Всесоюзному НИИ лесоводства и механизации лесного х-ва (ВНИИЛМ) и в 1960 реорганизовано в производственно-экспериментальные мастерские (ПЭМ) ин-та.

Наибольшее внимание вопросам механизации лесного х-ва начали уделить с 1966, после организации Гослесхоза СССР. В 1966—68 пересмотрена, уточнена и усовершенствована система машин для лесного в хозяйства и полезащитного лесоразведения, расширены подразделения механизации в ин-тах лесного х-ва, организованы Всесоюзный НИИ противопожарной охраны лесов и механизации лесного х-ва (ВНИИПОМлесхоз) в Красноярске и лесная машинноиспытат. станция в Загорске. Созданы мастерские заводского типа при ВНИИЛМе, Ленингр. НИИ лесного х-ва (ЛенНИИЛХ), ВНИИПОМ лесхозе, Среднеазиатском н.-и. ин-те лесного х-ва (СредазНИИЛХ) и Дальневосточном НИИ лесного х-ва (ДальНИИЛХ), которые не только выпускают опытные образцы машин, но могут осуществлять их серийное производство; укреплена машиностроительная база отрасли. В 1974 ПЭМ реорганизованы в Центр, опытно-конструкторское бюро по разработке лесохозяйственной техники для отрасли.

В результате этих мер, механизация в лесном х-ве получила значительное развитие. В начале 80-х гг. в лесном х-ве страны насчитывалось около 54 тыс. тракторов, св. 100 тыс. лесохозяйственных машин и орудий. Спец. лесные машины в сочетании с с.-х., дорожными, мелиоративными позволяют комплексно механизировать мн. работы в питомниках, полезащитном лесоразведении, при облесении горных, овражно-балочных склонов и вырубок с дренированными почвами.

Основа энергетики лесного х-ва — тракторы. Применяемые в лесном х-ве с.-х. и промышленности тракторы не полностью отвечают специфическим требованиям лесохозяйственного производства, т. к. не обладают достаточной проходимостью и не позволяют разместить на них технологическое оборудование. Запланировано усилить работы в 1981—90 по созданию лесохозяйственных тракторов, более полно отвечающих условиям работы в лесу; тракторный парк значительно обновится, что позволит повысить производительность труда и улучшить качество выполняемых работ.

Лесное хозяйство ежегодно заготовляет 7—8 тыс. т семян, в т. ч. около 600 т хвойных пород. Полный цикл заготовки семян хвойных пород включает сбор шишек с растущих и поваленных деревьев, извлечение из шишек семян и их обработку. Семена из шишек извлекают в стационарных и передвижных огнедействующих и электрифицированых шишкосушилках, а труднораскрываемые шишки измельчают семяотделителем. Обработку производят на машине для обескрыливания, очистки и сортировки семян. Семена лиственных, орехоплодовых и кустарниковых пород собирают в основном с поверхности земли, очищают, сортируют, калибруют и шлифуют на специальных машинах.

Для лесокультурных работ ежегодно выращивают в питомниках около 7 млрд. сеянцев и саженцев. Условия выращивания посадочного материала во многом аналогичны условиям выращивания овощных и плодовых культур, что позволяет применять в лесопитомниках ряд с.-х. машин: плуги, бороны, культиваторы, опрыскиватели, дождевальные установки и др. В сочетании с ними спец. машины к самоходному шасси и пропашным тракторам — почв, фреза, машина для внесения удобрений, сеялки для сыпучих и несыпучих семян, мульчирователь, фрезерный культиватор, 5-рядная посадочная машина для закладки школ, выкопанное орудие и выкопочно-выборочная машина — обеспечивают комплексную механизацию работ в питомниках. Производство посадочного материала с закрытыми корнями осуществляется на поточных линиях двумя способами — брикетированием сеянцев и посевом семян в контейнеры с субстратом и последующим выращиванием в теплицах.

Основной объём лесокультурных работ выполняется на вырубках в лесной зоне. Существующие машины удовлетворительно работают на вырубках с числом пней до 600 на 1 га. Большинство же площадей — свежие вырубки с большим числом пней или старые, заросшие мягколиственными породами. При восстановлении леса в таких условиях корчевальными машинами и специальные машинами расчищают полосы шириной 2,5—3 м. Однако при корчевании образуются глубокие подпнёвые ямы, сдвигаются в межполосное пространство верх, плодородный слой почвы, пни, валежник и порубочные остатки, препятствующие в последующем проведению механизированного лесоводственного ухода. В 70 —80-х гг. созданы и разрабатываются принципиально новые машины фрезерного типа, обеспечивающие удаление надземной части пней на уровне почвы, а также измельчение пней, валежника и порубочных остатков одновременно с подготовкой почвы. На расчищенных полосах может быть увеличена скорость движения агрегатов, обслуживаемых одним трактористом. Скорость же лесопосадочных машин ограничивается физической возможностью сажальщиков и составляет 1,5—2 км/ч. Замена ручного труда сажальщиков автоматом посадочным позволяет увеличить рабочую скорость посадочных машин и их производительность в 3—4 раза.

На вырубках с лёгкими почвами посадку и посев культур производят по бороздам, подготовленным двухотвальными лесными плугами, или по разрыхлённым фрезами полосам. Применяется универсальная лесопосадочная машина, высаживающая как сеянцы, так и саженцы с высотой надземной части до 50 см. Для посадки сеянцев машина оборудуется автоматом. Кроме того, имеется посадочное автоматическое приспособление к двухотвальному плугу, которым производится посадка сеянцев по дну борозды одновременно с её подготовкой.

На вырубках с переувлажнёнными почвами культуры высаживают в пласты, подготовленные мощными плугами и канавокопателями, а также по микровозвышениям в виде гряд, образованным дисковыми плугами, шнековой фрезой, двухкорпусным плугом, работающим всвал. Посадка по пластам производится двухрядной машиной, по грядам — специальной однорядной со стабилизирующими пневматическими колёсами. Для ухода за культурами на вырубках имеются специальные дисковые и фрезерные культиваторы.

При создании насаждений на горных и овражных склонах крутизной 8—12° почву обрабатывают полосами плугами общего назначения и плантажными плугами. На склонах крутизной 12—20° строят напашные террасы с применением крутосклонных тракторов, на склонах крутизной 20—35° террасы нарезают террасёрами с пассивными и активными рабочими органами. Посадку культур на склонах и уход за ними выполняют при помощи спец. горных посадочных машин и культиваторов.

Для обнаружения лесных пожаров эффективно используются патрульные самолёты, вертолёты, телевизионные установки, космические аппараты, для борьбы с пожарами — авиация, различные машины.

В 1980 в СССР уровень механизации в лесном хозяйстве по основным работам следующий: подготовка почвы — 93%, посадка и посев леса — 54%, уход за лесными культурами — 63%, работа в питомниках — 66%, рубки ухода в молодняках — 50%, рубки ухода за лесом и санитарные рубки — 97%.

Повышение производительности труда и качества проводимых работ при лесовосстановлении и защитном лесоразведении для полного удовлетво­рения в древесине невозможно без комплексной механизации всего лесохозяйственного цикла. Комплексная механизация лесохозяйственного произ­водства достигается полной механизацией всего цикла работ, обеспечивающих последовательное выполнение операций всего технологического процесса. Одной из составных частей механизации являются тракторы и автомобили - основные тяговые и транспортные средства, используемые в лесном хозяйстве, которые имеют сложную конструкцию.

Общие сведения о машинах и механизмах. Основную часть производственных процессов современной хозяйственной деятельности человека выполняют машины - механические устройства, служащие для преобразования энергии, материалов и информации с целью облегчения физического и умственного труда, увеличения его производительности и облегчения трудовых и физиологических функций человека.

В зависимости от выполняемых функций машины квалифицируются на следующие классы:

-энергетические, служащие для преобразования энергии электрической, тепловой и т.п.) в механическую работу (машины двигатели, генераторы);

-рабочие, осуществляющие изменение формы, свойств, состояния и положения предмета труда (технологические или машины-орудия, транспортные, транспортирующие);

-информационные, предназначенные для сбора, переработки и использования информации (вычислительные, шифровальные, кибернетические и др.).

Тенденциями развития машиностроения являются: увеличение производительности и мощности машин, скоростей, давлений и других показателей технологических процессов; повышение к.п.д. машин; уменьшение их массы и габаритов; повышение их надежности и долговечности; снижение стоимости изготовления; широкая автоматизация управления машинами; удобство и безопасность обслуживания.

Исходя из этих тенденций, к деталям любой машины предъявляются следующие требования:

- прочность - способность материала детали воспринимать нагрузки не разрушаясь и без значительных остаточных деформаций;

- жесткость — способность материала деталей сопротивляться изменению формы и размеров при нагрузке;

- износостойкость — свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения между соприкасающимися деталями;

- технологичность — соответствие изделия требованиям производства
и эксплуатации с целью повышения производительности труда и качества выполнения при максимальном снижении себестоимости;

- малая масса и минимальные габариты - деталь должна иметь остаточные прочность, жесткость и износостойкость при минимальном возможных габаритах и массе;

- недефицитность материалов — обеспечение выполнения требований не должно осуществляться за счет применения дефицитных материалов, приводящих к резкому увеличению стоимости детали;

- безопасность - обеспечение формы и размера детали безопасности обслуживания персонала при изготовлении и эксплуатации машины;

- соответствие государственным стандартам – удовлетворение деталей действующим стандартам на формы, размеры, сорта и марки материала.

Для изготовления конструкций, агрегатов, сборочных единиц и деталей применяются конструкционные материалы, обладающие достаточной прочностью при восприятии силовых нагрузок. Наиболее распространенными материалами являются: металлы - черные (стали, чугуны) и цветные (медь, цинк, олово, свинец, алюминий, титан и др.), крепкие сплавы (силумины, дюралюминий, магниевые и т.п.), цветные сплавы (бронзы, латуни, баббиты), неметаллические материалы (дерево, кожа, графит, резина, пластмассы, керамика и т.д.).

Тракторы и автомобили, применяемые в лесном комплексе, являются основными энергетическими средствами, с помощью которых осуществля­ются лесохозяйственные механизированные работы и перевозка различных грузов.

Трактором называется колесная или гусеничная самоходная маши­на, предназначенная для перемещения монтируемых, навесных, полунавес­ных и прицепных лесозаготовительных, лесохозяйственных, сельскохозяй­ственных, мелиоративных и других технологических машин, снабженных специальными рабочими органами, буксирования прицепов, повозок, саней. Двигатель трактора может приводить в действие активные рабочие органы и другие механизмы через вал отбора мощности (ВОМ), а также стационарные машины с помощью шкивного приспособления.

Автомобиль - это самоходное транспортное средство, предназна­ченное для перевозок грузов, людей или выполнения специальных работ.

Трактора и автомобили созданы в результате кропотливых и целеуст­ремленных поисков нескольких поколений талантливых людей. Русские изо­бретатели и инженеры - одни из первых в мире еще в XVIII веке положили начало безрельсового транспорта и вездеходов-тягачей взамен живой тягло­вой силы в сельском хозяйстве. В 1752 г. крепостной крестьянин Нижегород­ской губернии, изобретатель-самоучка Леонтий Шамшуренков смастерил «самобеглую коляску». В 1791 г. русский механик и изобретатель Иван Кулибин построил трехколесную «коляску-самокатку» с двумя ведущими колесами. В ней он применил ряд механизмов, которые используются в со­временных тракторах и автомобилях: коробку передач, рулевое управление, тормоза. В то время еще не было механического двигателя, поэтому «самобеглая коляска» и «коляска-самокатка» приводились в движение мускульной силой человека. Петербургский мастер К. Янкевич в 1830 г. разработал про­ект парового автомобиля. Механик Федор Блинов в 1880 г. построил первый в мире гусеничный трактор, где в качестве двигателя на раме стоял котел с двумя паровыми машинами, от которых через шестеренчатые пере­дачи передавалось вращение к ведущим колесам, находившимися в зацепле­нии с гусеницами. Однако из-за несовершенства конструкции трактор Ф. Блинова не получил распространения.

Первые тракторы и автомобили были громоздкими и не обладали дос­таточной маневренностью и проходимостью. Паросиловые установки были тяжелы, тихоходны и неэкономичны. В этой связи для тракторов и автомо­билей требовался относительно легкий и небольшой по габаритным размерам двигатель.

Двигатель внутреннего сгорания, работавший на бензине с электриче­ским зажиганием, был построен в 1879-1884 г.г. русским инженером О.С. Костовичем, а в 1889 г. Е.А. Яковлев организовал производство автомо­бильных керосиновых двигателей.

Русско-Балтийский вагонный завод в г. Риге с 1908 по 1915 г. выпустил 800 легковых автомобилей, собранных из импортных частей. В 1910 ученик Ф. Блинова, Я.В. Мамин создал первый отечественный колесный трактор с дизельным двигателем собственной конструкции и назвал его «Русский трак­тор».

Начиная с 1918 г. налаживается серийный выпуск тракторов на маши­ностроительных заводах, а в годы первых пятилеток вступают в строй Ста­линградский (ныне Волгоградский), Харьковский, Челябинский, Кировский тракторные заводы. В годы Отечественной войны работали Алтайский (г. Рубцовск) и Владимирский тракторные заводы. После окончания войны были восстановлены разрушенные заводы, расширялись и реконструирова­лись действующие заводы, построены новые - Минский, Липецкий, Киши­невский.

Рождением автомобильной промышленности считается 1924 год, когда на Московском автомобильном заводе (ныне ЗИЛ) был выпущен полутора­тонный грузовой автомобиль АМО-Ф15. В период довоенных пятилеток вступили в строй Ярославский и Горьковский заводы, Московский завод ма­лолитражных автомобилей (ныне «Москвич»). В послевоенный период были по­строены Минский, Кутаисский, Кременчугский, Волжский, Камский, Павловский, Львовский, Запорожский, Ульяновский заводы.

Машины и механизмы появились в лесном хозяйстве в начале XX века.. Лесохозяйственные машины применяли бессистемно, единично и не обеспечивали комплекс механизированных технологических процессов с законченным циклом. Трактор приобрел тягово-энергетическую концепцию и стал базовым шасси для лесных машин. Было разработано и реализовано семейство систем машин для лесного комплекса. Выполнение всего комплекса мероприятий при интенсивном ведении лесного хозяйства стало возможным благодаря созданию и оснащению отрасли техникой с организацией использования средств механизации в производственных условиях, развитие которых имеет несколько этапов. Первый этап развития механизации лесного хозяйства период с 1945 по 1957 годы.

Большой вклад в развитие механизации в лесном хозяйстве внесли ученые и конструкторы нашей страны. Зачинателями это­го дела были: В. В. Гуман, М. И. Чашкин, А. Н. Недашковский, со­здавшие первые лесопосадочные машины; Ф. П. Белан — автор плуга-катка; И. М. Зима, Н.Д.Лучинский, П. А. Суровцев и др. при конструировании машин исходили из теоретических положений, имевшихся в сельскохозяйственном машиностроении, в разработку которых большой вклад внес акад. В. П. Горячкин.

Теоретические вопросы механизации в лесном хозяйстве полу­чили развитие главным образом после 1945 г. Заслуживают большого внимания изыскания и работы Ф. М. Курушина, М. П. Албякова, Г.А.Ларюхина, П.П.Корниенко, В.В.Чернышева, В.С.Давиденко, С. И.Рожнова, Н.Ф.Канева, А.Б.Клячко, Г.Б.Климо­ва, Л.Н.Прохорова, В.И.Казакова и др.

Большую научно-исследовательскую работу по механизации осуществляли и осуществляют ученые в высших учебных заведе­ниях.

Одними из основных задач, стоящих перед работниками лес­ного хозяйства, являются полное удовлетворение потребностей страны в древесине и восстановление леса. В условиях рыночной экономики обеспечение потребителей качественной древесиной может быть достигнуто при повышении производительности тру­да и снижении затрат на лесовосстановление. Основой повыше­ния производительности труда в лесном хозяйстве является комп­лексная механизация всех трудоемких технологических процес­сов, которая достигается использованием системы машин, вза­имно увязанных по своим технико-экономическим и технологи­ческим показателям, обеспечивающих последовательное выпол­нение основных и дополнительных операций всего технологиче­ского цикла.

Повышение эффективности использования лесных ресурсов предусматривает разработку новых, более совершенных способов восстановления лесов, интенсивное применение средств механи­зации на всех операциях, а также полное использование древесного сырья.

Парк машин для лесного хозяйства и садово-паркового стро­ительства включает в себя около 600 наименований специальных, общего назначения и заимствованных из других отраслей машин и механизмов. Задача работников лесного хозяйства и садово-пар­кового строительства — обеспечить экономичное и высокопроизводительное его использование.

В связи с этим особую важность приобретает подготовка инже­нерных кадров, знающих устройство машин и умеющих грамотно использовать их.

Области применения тракторов в лесном хозяйстве чрезвычайно об­ширны. Основными видами работ, выполняемыми тракторами являются: обработка почвы на вырубках, на питомниках и других открытых площадях, а также под пологом леса; посадка лесных культур; уход за посевами, посад­ками и лесными культурами; корчевка пней и расчистка лесных площадей; проведение рубок ухода за лесом; транспортные работы и т.п. В связи с этим современные тракторы удовлетворяют требования, основными из которых являются:

1.Использование их в специфических условиях при лесовосстановительных, лесохозяйственных и транспортных работах на вырубках с различным количеством пней и различными почвенными условиями, при облесении овражно-балочных и горных склонов с крутизной до 20... 25°.

2.Они универсальны, т.е. имеют возможность применения их на различных видах работ.

3.Имеют навесную раздельно-агрегатную систему и прицепное устройство для агрегатирования с навесными, полунавесными и прицепными тех­нологическими машинами.

4.Обладают возможностью работы на различных скоростях движения.

5.Они маневренны при работе на небольших участках лес­ных площадей.

6. Имеют легкую управляемость.

7.Обладают повышенной устойчивостью при переезде через препятствия.

8.Имеют возможность использования на стационаре.

При интенсивном ведении лесного хозяйства своевременное проведение всего комплекса трудоемких лесохозяйственных ме­роприятий, рассредоточенных на значительных территориях, воз­можно только при комплексной механизации технологических процессов, заменяющей малопроизводительный ручной труд ма­шинным, с использованием машин как наиболее выс­шей формы развития механизации производства.

Введению современной полной механизации в лесном хозяйстве предшествовали научные разработки путей развития технического оснащения от­расли.

Были намечены следующие этапы технического прогресса:

• механизация наиболее трудоемких операций производствен­ных процессов;

• комплексная механизация отдельных производственных про­цессов;

• всесторонняя комплексная механизация всех производственных процессов лесохозяйственного производства;

• автоматизация отдельных, наиболее важных, трудоемких,
утомительных операций при комплексной механизации производ­ственных процессов;

• комплексная автоматизация основных производственных про­цессов;

• всесторонняя комплексная автоматизация всех производствен­ных процессов лесохозяйственного производства.

Предусматриваемое поэтапное продвижение технического про­гресса в отрасли не только определило намечаемые и достигаемые уровни развития механизации производства, но и послужило на­учной основой последовательности разработки, создания и вне­дрения необходимых средств механизации для решения задач по улучшению ведения лесного хозяйства.

Начиная со второго этапа технического прогресса достижение комплексной механизации отдельных производственных процессов возможно при наличии систем машин, обеспечивающих вы­полнение всех рабочих операций машинами, взаимосогласо­ванными по технологическому процессу и производительности.

Системы машин в лесном хозяйстве, как основа планирования создания новой техники на очередной период (5... 10 лет) разрабатываются начи­ная с 1957 г. Они создаются для ведомственного пользования в виде рекомендуемых к внедрению технологических комплексов по видам производства (для сбора и обработки лесных семян, вы­ращивания лесопосадочного материала, производства лесных куль­тур, проведения рубок ухода за лесом и др.), перечня машин с их краткой характеристикой и указанием зон их применения. Современный перечень технических средств представляют маши­ны, находящиеся в серийном производстве, а также дополнительно планируемые к внедрению (проходящие испытания, модерниза­цию и машины, которые предусматривается разработать).

Такой уровень разработанности содержания машин в виде технологических комплексов содержит выполнение части ос­новного положения, а именно взаимное согласование машин по технологическому процессу, но не имеет проработки согласова­ния их по производительности на всех рабочих операциях, что является основой обеспечения комплексной механизации техно­логических процессов с законченными циклами производства. По­этому при отсутствии полностью разработанных проектов систе­мы машин для комплексной механизации производственных про­цессов инженерно-технические работники предприятий вынуж­дены включаться в разработку этих вопросов для своих предприя­тий, пользуясь нормативной базой, своими знаниями и опытом.

Вновь разработанная система технологий и машин для комп­лексной механизации лесного хозяйства и защитного лесоразве­дения в условиях рыночных отношений до 2015 г. преду­сматривает возможности значительного обновления марочного со­става машинной техники по основным видам выполняемых лесо­хозяйственных мероприятий. Разработанная на перспективу система машин в виде технологических комплексов успешно вы­полняет задачу планирования (заказа) создания новой техники и составляют основу для инженерных расчетов по организации ее внедрения в производство, комплектованию количественного со­става средств механизации по технологическим процессам и в целом машинно-тракторного парка предприятия.

Система машин как высший современный этап технического прогресса по обеспечению комплексной механизации производственных про­цессов в лесном хозяйстве имеет большое значение для отраслей страны. Система машин:

• обеспечивает выполнение технологического процесса с за­вершением всего цикла производства с наименьшими затратами труда и средств;

• ускоряет воспроизводство лесных ресурсов, обеспечивает их защиту от пожаров, лесных вредителей и болезней за счет обеспе­чения законченности цикла производства, интенсификации про­ведения лесохозяйственных мероприятий на площадях и в насаж­дениях, нуждающихся в этом;

• является мощным, мобильным, высокопроизводительным и эффективным средством борьбы с лесными пожарами и защиты лесных насаждений от энтомо-фитовредителей, особенно при возникновении экстремальных ситуаций;

• создает возможности привлечения коллективов промышлен­ных предприятий, городов к воспроизводству лесных ресурсов путем организации их труда для создания необходимой лесохозяйственной техники, которая в лесу заменяет малопроизводи­тельный физический труд (это дополнительные рабочие места для городского населения);

Система машин как основа комплексной механизации в лесном хозяйстве представляет сочетание взаимоувязанных по технологи­ческому процессу и производительности комплексов машин, аг­регатов и транспортных средств, которые обеспечивают выполне­ние всех производственных процессов, направленных на повыше­ние продуктивности лесов при минимальных затратах труда и средств на единицу выполненной работы.

В последующий период к наиболее распространен­ным системам машин следует отнести четыре: первая — из валочно-трелевочной и сучкорезной машин; вторая — из ва­лочно-пакетирующей, трелевочной и сучкорезной машин; третья — из валоч­ной, трелевочной и сучкорезной машин; четвертая — из валочно-сучкорезно-пакетирующей и трелевочной машин.

Естественно, что при заготовке деревьев из состава этих систем исклю­чаются сучкорезные машины. При других технологических процессах в случае заготовки сортиментов или долготья сучкорезная машина может быть заме­нена сучкорезно-раскряжевочной машиной, а также не исключается примене­ние лесозаготовительных комбайнов. Щепу в условиях лесосеки предпола­гается получать из деревьев или хлыстов после их заготовки одной из ука­занных систем.

Лесосечные работы. Комплексной механизации лесосечных работ предпо­лагается достигнуть путем максимальной замены ручного труда машинным. Это значит, что будут широко применяться самоходные машины с навес­ными рабочими органами, управляемыми из кабины водителя. Трелевочный трактор в перспективе потеряет свое узкоспециальное назначение как транс­портное средство и превратится в самоходное шасси, приспособленное для монтажа на нем различных навесок: срезающих, валочных и пакетирующих устройств, сучкорезного и другого технологического оборудования.

Поскольку наиболее трудоемкими и тяжелыми операциями на лесосеч­ных работах остаются валка, трелевка и очистка ство­лов от сучьев, то к десятому году широкое распространение получат конструктивно наиболее отработанные валочные, валочно-пакетирующие, валочно-трелевочные и трелевочные машины с гидроманипулятором (после валочной) и гидрозахватом (после валочно-пакетирующей) соответственно для поштуч­ного и группового подбора деревьев. К перспективным типам для применения в этом процессе относят валочно-сучкорезно-пакетирующую машину или лесной комбайн. Что касается принципа работы сучкорезных машин, то наряду, с индивидуальной обработ­кой возможна групповая обработка деревьев в пачке..

В горных лесах и в других труднодоступных районах и при малообъемных заготовках сохранится валка деревьев бензопилами. Эти условия остаются пока «белыми пятнами» в ком­плексной машинизации труда на базе систем машин.

Лесотранспортные работы. Погрузка леса на верхних складах будет осу­ществляться челюстными погрузчиками перекидного типа. Наряду с широким применением погрузчиков на базе трелевочных тракторов (гусеничный движи­тель) на верхних складах в конце десятой и последующие годы будут использовать челюстные погрузчики, имеющие колесный движитель.

Основным видом транспорта леса в ближайшей перспективе будет автомобильный, поэтому главным фактором обеспечения ритмичной и эффективной работы лесозаготовительных предприятий следует считать строительство и эксплуатацию автомобильных лесовозных дорог круг­логодового действия. Увеличение сроков действия лесозаготовительных пред­приятий, укрупнение нижних складов, резкое сокращение молевого сплава, а также эксплуатация лесов I группы неизбежно повлекут за собой, как пока­зывает практика, значительное увеличение расстояний вывозки, которые в ряде случаев могут достигать 100 км и более. Наряду с дорогами круглогодового действия в определенных районах целесообразна вывозка по зимним (ледя­ным и снежно-ледяным) дорогам. Доминирующим типом подвижного состава для вывозки древесины по магистральным дорогам будут лесовозные авто­поезда с мощностью тягача 220—368 кВт, причем грузоподъемность поезда постепенно достигнет 60 и более т.

На вывозке сортиментов, а также небольших объемов древесины при эксплуатации лесов I группы и древесины, получаемой от рубок ухода за ле­сом, вывозке из лесосек сучьев и отходов рационально использовать автомо­били, оснащенные гидроманипуляторами с грейферными захватами.

Методы строительства и содержания постоянно действующих магистра­лей и веток лесовозных дорог и применяемые для этой цели машины и обо­рудование мало чем будут отличаться от тех, которые используются при строительстве и содержании общегосударственных транспортных путей, В дорожном строительстве возможно широкое применение специальных синтетических материалов, отделяющих земляное полотно от не­связных подстилающих грунтов, что обеспечит предотвращение объемной усадки насыпи в районе нижнего слоя.

Актуальной проблемой в лесозаготовительных предприятиях следует счи­тать доставку рабочих от места жительства на лесосеку. Естественно, что ежедневная перевозка рабочих на расстояние до 100 км туда и обратно (200 км) автомобильным транспортом невозможна. Поэтому уже в настоящее время в ряде случаев следует практиковать, а на предприятиях будущего максимально использовать воздушный транспорт и, в частности, вертолеты, несмотря на сравнительно высокую стоимость их летного часа.

К перспективным видам транспорта лесных материалов могут быть от­несены трубопроводный, который в меньшей степени, чем автомобильный, за­висит от влияния природных факторов, а также воздушный (вертолеты, аэростаты и т. д.). Воздушный транспорт может найти применение в лесосырьевых базах, обладающих запасами древесины ценных пород (горные леса), а трубопроводный — в базах, тяготеющих к крупным перерабатываю­щим комплексам, расположенным, как правило, в лесоизбыточных необжитых и труднодоступных районах.

Нижнескладские работы. В РФ имеется около 2800 складов, в том числе прирельсовых более 700 и береговых примерно 2080. В свете современных задач технология работ на нижних лесных складах должна быть подчинена проблеме максимального использования всей вывозимой из леса древесины. Оптимальным годовым грузооборотом нижнего склада следует считать 300—600 тыс. м³, а при малообъемных заготовках – до 50 тыс. куб м..

В настоящее время на нижних складах наибольшее применение полу­чили машины и оборудование, позволяющие обрабатывать хлысты (деревья) при их продольной (осевой) подаче: сучкорезная линия типа ПСЛ, раскряжевочная типа ЛО-15С и др. Это направление машинизации работ будет доми­нирующим и в ближайшие 5—10 лет.

Наряду с этим решением внимание специалистов привлекает и попереч­ная подача предмета труда (дерева, хлыста) при его обработке. Сменная производительность таких систем машин может быть в 2—2,5 раза выше, чем в системе с продольной подачей. На многих предприятиях, особенно тех, в со­ставе лесфонда которых преобладает хвойная древесина, уже применяют слешерные и триммерные раскряжевочные устройства. К числу перспективных схем относят также групповую обработку деревьев (обрезку сучьев, раскря­жевку хлыстов). В этом случае производительность на нижнескладских ра­ботах может возрасти по сравнению с традиционной технологией в 4—5 раз. Совершенствование нижних складов связано с решением ряда проблем: спе­циализацией складов по выпуску ограниченного числа сортиментов, причем только за счет этого фактора эффективность работы может быть повышена на 12—15%; с решением вопросов предварительного (перед отгрузкой) пакетиро­вания лесоматериалов; с повышением концентрации производства и увеличе­нием степени переработки древесины; с уменьшением удельного веса приреч­ных складов (сокращение молевого сплава) и другими мероприятиями.

Производство щепы. В нашей стране наблюдается ускоренное развитие механической переработки древесины на конечную продукцию. К основным из них относят технологическую щепу из отходов лесо­пиления, низкокачественной древесины и отходов лесозаготовок. Это решение открывает широкие возможности осуществления проблемы комплексного и ра­ционального использования древесного сырья.

В условиях лесозаготовительного производства сырьем для технологиче­ской щепы служит низкокачественная (дровяная) древесина, доля которой со­ставляет в среднем 22—27% общего объема заготовки, а также отходы лесо­заготовок.

К эффективным решениям в производстве технологической щепы следует отнести создание специализированных предприятий, выпускающих из комле­вой части ствола один-два ценных деловых сортимента и технологическую щепу, а также МДФ. Сырьем для нее в этом случае будет служить вершинная часть ствола, а также целые фаутные и тонкомерные деревья. Объем производства этих видов продукции может достигать от 100 тыс. до десятков млн. м³ в год, а комплексная выработка на одного рабочего в смену 70—90 м³ щепы. Расчеты показывают, что производи­тельность труда по всему циклу заготовки и вывозки в 2—3 раза выше, чем при традиционной технологии. Особенно эффективны такие предприятия бу­дут в зоне крупных целлюлозно-бумажных комбинатов и рынков сбыта щепы и МДФ на экспорт.

Устройства и приспособления для подъема сборщиков в крону деревьев. Вибрационные и пневматические машины для сбора семян. Проблема и перспективы развития машин для сбора семян древесных, кустарниковых и цветочных пород. Основы теории сортировки семян по физико - механическим свойствам. Машины для извлечения семян из шишек. Шишкосушилки. Машины для обескрыливания, извлечения семян из плодов и очистки семян.

В Российской Федерации ежегодно заготавливаются десятки тысяч тонн семян древесных и кустарниковых пород. Успешное выполнение намеченных объемов работ по лесовосстановлению, защитному лесоразведению и озеленению городских территорий во многом зависит от качества семян.

Для этого создаются лесосеменные плантации целевого назна­чения и постоянные лесосеменные участки, позволяющие полу­чить семена с ценными наследственными свойствами. При этом создаются условия для механизированного сбора семян и их пере­работки, что значительно уменьшает затраты труда и средств.

Возрастающий с каждым годом объем работ по лесовосста­новлению требует увеличения заготовки семян древес­ных и кустарниковых пород.

Полный цикл получения лесных семян включает в себя не­сколько технологических операций. Для хвойных пород — это за­готовка шишек с растущих и поваленных деревьев, очистка, сор­тировка шишек, их хранение, сушка, извлечение из них семян, обескрыливание и подсушка во время хранения.

Для семян лиственных пород (дуба, бука, ореха грецкого, фисташки и др.) — сбор семян с поверхнос­ти земли, их очистка и обработка. Каждая из этих операций вы­полняется с применением соответствующих приспособлений, механизмов и машин.

Сбор семян и плодов может производиться разными способа­ми:

сбор семян с поваленных или растущих деревьев;

сбор семян и плодов, опавших на землю (дуб, бук, орех грецкий, клен, вяз и др.).

С растущих деревьев семена собирают путем срыва, среза, от­ряхивания, отсасывания. Такие же способы применяются и при сборе семян с поваленных деревьев.

Сбор семян с растущих деревьев производится по двум техно­логическим схемам:

сборщики со съемными приспособлениями находятся на земле;

сборщики со съемными приспособлениями при помощи раз­личных устройств поднимаются на значительную высоту.

Для сбора семян со стоящих деревьев применяются различные съемные, счесывающие и отряхи­вающие приспособления и устройства.

Съемные приспособления имеют деревянный шест или легкую металлическую штангу различной длины, на конце которых за­крепляется рабочий орган. Рабочие органы по принципу действия подразделяются: на счесывающие или отрывающие,