VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В настоящее время лесная промышленность России сталкивается с рядом неблагоприятных проблем, связанных с вывозом древесины. Большинство мест лесозаготовок удалено от населенных пунктов на многие десятки километров, что вызывает дополнительные затраты на строительство и содержание дорог и мостов, а также ведет к росту износа машин и снижению их общей производительности на вывозке леса. Все это в конечном итоге повышает себестоимость заготовленной древесины. В теплые периоды года объем заготовок снижается из-за недоступности некоторых лесосек для наземного транспорта.

Ежегодно ужесточаются экологические требования к лесозаготовителям. Волочение хлыстов по земле, перемещение по ней техники приводит к существенному повреждению почвенного покрова, что вызывает дополнительные затраты на лесовосстановительные работы и эти затраты могут оказаться весьма значительными. Следует учитывать, что 80% рек и ручьев берут свое начало в лесных массивах, повреждение которых ведет к загрязнению и усыханию, что может вызвать более глобальные экологические проблемы. К примеру, по статистическим данным экологических исследований, «уничтожение в лесу одного муравейника обходится в следующие два года повреждением растущих деревьев насекомыми на территории в 1 га». На территории Республики Коми используется преимущественно старая технология с использованием трелевочных тракторов ТТ – 4М и ТДТ – 55А, которые производят трелевку древесины волоком, что существенно сказывается на подросте и состоянии почвы. В последние 5 лет многие местные лесозаготовители не производили обновление парка машин отечественного производства. Связано это в основном со следующими причинами:

- удорожание как самой техники, так и комплектующих;

- неспособности традиционной техники соответствовать современным правилам лесозаготовок;

- существенной конкуренцией со стороны зарубежных технологий (например машины фирмы Timberjack). Данные машины отличаются от отечественных более высокой производительностью и надежностью, но, в то же время, имеют очень высокую стоимость и обладают рядом недостатков, таких как:

- их применение требует строительства дополнительных подъездных путей к лесосеке;

- несмотря на высокую технологию валки и трелевки, данные системы не исключают повреждение подроста и значительной эрозии почвы, особенно в теплые времена года;

- невозможность вести заготовку на очень крутых склонах (свыше 30 градусов);

- неспособность проведения выборочных рубок;

Некоторыми компаниями была опробована вертолетная трелевка. Данная технология позволяет свести на нет многие из вышеперечисленных проблем. Однако, это достигается слишком дорогой ценой, из-за высокой стоимости топлива (один час работы вертолета на вывозке леса обходится в среднем 800 – 1000 долларов в час) и амортизационных расходов. Кроме того, при этом способе значительно снижается безопасность выполняемых работ.

В этих условиях очень важно найти технологию, которая имела бы все преимущества вертолетной трелевки, но без ее недостатков. Такая технология существует – это транспортировка древесины с помощью аэростатических летательных аппаратов (аэростатов).

Данная система представляет собой аэростат, грузоподъемность и объем которого соответственно зависят в первую очередь от характеристики произрастающего древостоя и замкнутую канатно-блочную систему, приводимую в движение двумя или тремя однобарабанными лебедками, позволяющую аэростату перемещаться на высоте до 500 метров и на расстояние до 2 км.

Размотка канатной системы по делянке выполняется с помощью вспомогательного троса (5 – 6 мм) и дополнительной лебедки. Предварительно перед трелевкой производится валка и обрезка деревьев от сучьев. Вся работа вальщиков, чокеровщиков, механизаторов согласовывается мастером с помощью радиосвязи. При движении в заданном направлении одна из лебедок работает на размотку, другая наоборот наматывает канат на себя. При достижении заданной точки обе лебедки работают на намотку, тем самым притягивая аэростат к земле на расстояние до 50 – 70 м. После осуществления чокеровки лебедочные механизмы снимают с тормоза и аэростат за счет подъемной силы газа подымает пачку бревен на высоту 100 – 150 м, затем происходит перемещение аэростата с пачкой деревьев в обратную сторону. Обработав определенный сектор делянки, рабочая линия перемещается с помощью лебедки в следующий сектор.

Испытанные московским лесотехническим институтом аэростаты АЗ – 55 изготовлены из двухслойной прорезиненной материи весом 260 – 270 г/м² и допущены к эксплуатации при ветрах до 12 м/сек на земле и до 29 м/сек на рабочей высоте. Оболочка аэростата имеет большой баллонет, превышающий 55% его максимального объема, что значительно снижает весовые характеристики летательного аппарата.

АЗ – 55 испытывались на лесосеке Хадыженского лесокомбината (Краснодарский край) с ярко выраженным горным рельефом. Было построено два испытательных полигона, расположенных на высоте 320 и 450 м над уровнем моря.

Характеристика аэростата АЗ – 55: длина – 25,6 м; объем баллонета – 410 м³; диаметр модели – 8,8 м; газопроницаемость ткани – за 24 часа при температуре + 15° С не превышает 8 л/м².

Канатно-блочная система рассчитана для работы на расстоянии до 1 км. В оснастке был применен специальный воздухоплавательный трос диаметром 6,5 мм, весом 1 пог. м. – 0,15 кг, разрывным усилием – 39240 Н.

В качестве подъемных газов использовали водород, гелий и природный газ. Наиболее удобен в эксплуатации гелий, обладающий большой подъемной силой и обеспечивающий полную пожарную безопасность.

Использование гелия в аэростатных системах и дирижаблях стало обычной практикой, и такая тенденция сохранится еще долгое время. В отличие от водорода чистый гелий в природе почти не встречается, поэтому отрицательным моментом могла бы считаться высокая стоимость его производства. Так, в атмосфере содержится всего 0,0005% этого инертного газа, и его добыча из данного ресурса нерентабельна.

Наибольшее распространение получило производство гелия из природного газа, в котором его содержание достигает 0,3%. Процесс полной рафинации гелия достаточно дорог и требует четкого соблюдения технологии. Однако для аэростатов и дирижаблей чистый инертный в общем-то не требуется, вполне пригоден гелий «грязной» очистки, то есть добытый вместе с природным газом и подвергнутый первичной сепарации. Эта процедура не является капиталоемкой и может проводиться на месте парковки аэростата или дирижабля, оборудованном рядом с любым разрабатываемым углеводородным месторождением. А имеющиеся базовые запасы гелия России – 9200 млн. куб. м., (вторые по величине в мире) позволяют говорить о хороших перспективах развития аппаратов легче воздуха.

Внедрение аэростатных систем, в частности для нужд лесопромышленного комплекса напрямую зависит от реального спроса и необходимых инвестиций в развитие парка транспортных большегрузных дирижаблей. Дирижаблями уже заинтересовались такие крупные компании как «Газпром», «Сибнефть», «Норильский никель». Практическая проблема заключается в том, что потенциальные отечественные потребители пока только обсуждают возможность вложения средств в разработку и доводку опытных образцов, ожидая результата через несколько лет.

Кроме решения транспортных проблем увеличение парка дирижаблей способно обусловить рост потребления гелия, развитие ресурсной базы которого может привести к созданию высокорентабельной отрасли газоперерабатывающей промышленности, а также к разработке новых технологических и сервисных решений.

Таким образом, аэростатные системы и дирижабли имеют огромный транспортный, научный и экономический потенциал. Наряду с рассмотренной аэростатной системой, спроектировано и реализовано множество специализированных проектов на основе воздухоплавательных систем. Например, аэростат – кран, который с легкостью может переносить огромные тяжести. Растущий в мире спрос на аэростатные и дирижабельные системы предопределяет общие тенденции развития альтернативных транспортных средств, характеризующихся высокими техническими возможностями: экономичностью, низкими эксплуатационными расходами и, наконец, экологичностью.

Сравнение различных систем машин для лесозаготовок

Показатели	Вертолет МИ-8 МТВ	Аэростатно-тросовая система Q = 3,5 т	Трелевочный трактор ТТ-4	Канатная установка МЛ-59	Системы Тимберджек Харвестер 1270 Форвардер 1110
Рейсовая нагрузка, м2	2-3	2-3	8-14	5-8	8-10
Сменная производительность, м2	100-150	100-120	60-80	80-100	200-250
Количество обслуживающего персонала	6	8	7	8	3
Стоимость, в $ -долларах США	3500 000	200000	25000	120000	700000
Строительство подъездных путей - +	-	-	+	+	+
Уничтожение подроста при трелевке, %	0	0	80	60	60
Безопасность работ, %	0	80	50	80	50
Предельно возможное расстояние трелевки, км	3-5	1,2-2	0,3-0,5	0,5-0,7	0,3-0,5

Литература

1. Лесозаготовки в горных районах СССР и за рубежом. Издательство «Лесная промышленность», 1974.

2. Лесная промышленность, № 10, 1989.

3. Крылья родины, № 4, 1988.

Код для цитирования: Скопировать