Определение производительности оборудования на сводке, погрузке и выгрузке древесной растительности

Цель работы:изучить состав работ на сводке, погрузке и вывозке древесной растительности; изучить методику расчёта производительности машин на сводке, погрузке и вывозке древесной растительности.

3.1. Пояснение к работе

3.1.1. Состав работ по сводке древесной растительности и применяемые механизмы

Работы по сводке древесной и кустарниковой растительности выполняются, в большинстве случаев, после сооружения сети предварительного осушения и когда уже возможно более или менее нормальное передвижение машин по заболоченным участкам.

Сводка леса является одной из наиболее трудоёмких операций подготовки. Она включает валку деревьев, обрезку сучьев от стволов, раскряжёвку стволов на части определённой длины и укладку их в кладницу, погрузку и транспортирование товарной (деловой и дровяной) древесины, сбор сучьев, вершин и других порубочных остатков и сжигание их.

В настоящее время наиболее трудоёмкие операции по сводке леса механизированы, древесная и кустарниковая растительность срезается с помощью машин ЭТУ-0,75; МТП-43 и МТП-13, имеющих в качестве рабочего органа дисковую фрезу, вращающуюся в горизонтальной плоскости. Диаметр дисковой фрезы 1500 мм.

Машина ЭТУ-0,75 создана ВНИИТП на базе экскаватора ТЭ-2М. Она срезает деревья с диаметром стволов по линии среза до 31см и высотой 16-18м.

В зависимости от условий работы за один проход освобождается от леса полоса шириной до 11,5 м.

Машина МТП-43 создана на базе дизель-электрического крана МТТ-11. За один проход МТП-43 освобождает от леса полосу шириной 16 м, срезая при этом деревья с диаметром стволов по линии среза до 25 см и высотой до 16 м. Выработка МТП-43 при срезке древостоя с диаметром стволов до 10 см – 1 га/смену, а с диаметром до 25см-0,7 га/смену.

Машина МТП-13 создана на базе торфяного гидравлического экскаватора МТП-71. Отличительной особенность. МПТ-13 является наличие пакетирующего устройства, позволяющего в процессе работы укладывать срезанную древесину в организованно уложенные ряды из небольших пачек (пакетов) объёмом 1,5-2,5 пл. м³. каждая. Машина срезает за проход деревья диаметром до 25 см. Возможна срезка деревьев и больших диаметров (до 35 см). В зависимости от условий работы за один проход освобождается от леса полоса шириной 11,5 м. Выработка машины за смену в зависимости от характера древостоя составляет 0,65 – 1,0 га.

Навалы из древесины, созданные машинами ЭТУ-0,75 и МТП-43, разбираются вручную. При этом деловая и дровяная древесины складируются в так называемые кладницы, сучья после ручной разборки навалов собираются в кучи и сжигаются.

Работа машины по сводке древесной растительности может производиться в течении всего года. Однако при высоком снежном покрове деревья срезают значительно выше по сравнению с нормальными условиями работы. После схода снежного покрова требуется дополнительная подрезка кочек и пней. В некоторых случаях такая организация работ ускоряет ввод площадей в эксплуатацию.

Эксплуатационная производительность машины МТП – 43 на сводке древесной и кустарниковой растительности (га/ч):

S=(0,36×(r_ц+d_ф/2 ) × (1+sin (a-90)) ×d_ф×k_ш×k_ф×k_t)/t_ц

где: r_ц – радиус дуги, по которой перемещается центр фрезы при срезке леса, (7,4м.);

d_ф – диаметр фрезы,(1,5 м.);

а – величина угла, соответствующая повороту стрелы при срезке леса, гр.;

k_ш – коэффициент использования ширины захвата;

k_ф – коэффициент использования диаметра фрезы;

k_t – коэффициент использования рабочего времени;

t_ц – длительность одного рабочего цикла, с.

1. Производительность машины при диаметре срезанных деревьев, га/ч:

а) 11-15 см:

S₁=0,36×(r_ц+d_ф/2 ) ×(1+sin (a-90)) ×d_ф×k_ш×k_ф×k_t)/t_ц = (0,36×5,55×1,5×0,75×0,62×0,75) / 24,22 = 0,043

t_ц = t₁ + t₂ + t₃ + t₄ = 4,22 + 9 + 8 + 3 = 24,22

t₁ = d_ф × k_ф / V = 1,5 × 0,62 / 0,22 = 4,22 с

t₂ = 9 с

t₃ = 8 с

t₄ = 3 с

б) 16 – 23 см

S₂=0,36×(r_ц+d_ф/2 ) ×(1+sin (a-90)) ×d_ф×k_ш×k_ф×k_t)/t_ц = (0,36×5,55×1,5×0,75×0,62×0,74) / 30,22 = 0,034

t_ц = t₁ + t₂ + t₃ + t₄ = 4,22 + 11 + 12 + 3 = 30,22

t₁ = d_ф × k_ф / V = 1,5 × 0,62 / 0,22 = 4,22 с

t₂ = 11 с

t₃ = 12 с

t₄ = 3 с

в) 23 см:

S₃=0,36×(r_ц+d_ф/2 ) ×(1+sin (a-90)) ×d_ф×k_ш×k_ф×k_t)/t_ц = (0,36×5,55×1,5×0,75×0,62×0,71) / 43,22 = 0,022

t_ц = t₁ + t₂ + t₃ + t₄ = 4,22 + 15 + 18 + 6 = 43,22

t₁ = d_ф × k_ф / V = 1,5 × 0,62 / 0,22 = 4,22 с

t₂ = 15 с

t₃ = 18 с

t₄ = 6 с

Средняя производительность МТП-43, га/ч:

S₃ = S₁ × n₁ + S₂ × n₁ + S₃ × n₃ = 0,043 × 0,536 + 0,034 × 0,411 + 0,022 × 0,052 = 0,023 + 0,013 + 0,001 = 0,037

где: n₁, n₂, n₃ – доля участия деревьев с диаметром стволов соответственно 11-15, 16-23 и свыше 23 см;

n₁

S₁, S₂, S₃ – производительность машин (га/ч) при сводке древесной растительности с диаметром соответственно 11-15; 16 – 23 и свыше 23 см.

2. Техническая производительность погрузчиков циклического действия МТП – 11 при выгрузке стволовой древесины из кладниц (пл.м³/c):

S₀ = (Q × k_н × k_вс) / (γ₀ × t_ц) = (3500 × 0,8 × 1) / (850 × 75) = 0,043

где: Q – грузоподъёмность погрузчика, кг;

k_н – коэффициент наполнения ёмкости грейфера древесными остатками;

k_вс – коэффициент, учитывающий вспомогательное время;

γ₀ = 850 кг/м³ – плотность погружаемой древесины;

t_ц – длительность одного цикла, с;

Коэффициентk_вс определяется следующим образом:

k_вс = t_p / (t_p + t_bc) ,

где: t_p – время затрачиваемое на погрузку древесины, находящейся в одном ряду кладниц;

t_bc –вспомогательное время, учитывающее передвижение погрузчика вдоль карты (t_bc1), повороты (t_bc2), переезд от одного вала древесины к другому (t_bc3), переключение скорости (t_bc4), замену гружёных прицепов порожними (t_bc5) мин.

t_p = V_d / (60×S₀) = 568,871 / 2,58 = 220,5 мин.

где V_d – количество древесины на карте, пл. м³;

S₀ – производительность погрузчика без учёта затрат времени передвижения его в процессе работы, (пл.м³/c).

V_d = F_к × V_d^’

где: F_к – площадь карты, с которой сведена и разобрана древесина, га.

F_к = (l_p × B) / 10⁴ = ((500 – 2 × 12) × 80) / 10⁴ = 3,81 га

Вспомогательное время:

а) на передвижение вдоль трёх рядов кладниц:

t_bc1 = 3× l_p / (60 × υ × K_υ) = (3× 476) / 60 × 0,22 ×0,95 = 113,8 мин.

б) на передвижение поперёк карты (12 поворотов):

t_bc3 = 3× l_п / (60 × υ × K_υ) = 56 / (60 × 0,22 ×0,95) = 4,5 мин.

в) на 6 поворотов:

t_bc2 = 6×((π × r) / (60 × 2 × υ × K_υ)) = 6 × ((3,14×15) / (2 × 0,22 × 0,7)) = 15,5мин.

г) на переключение скоростей и их число:

t_bc4 = (2 × m₀ × t_c) / 60 = (2 × 45 ×4) 60 = 6 мин.

m₀ = V_д / V_кл = 149,31 / 3,3 = 45

д) на замену гружёных прицепов порожними и объём древесины в одном прицепе:

t_bc5 = (1× V_д) / V_пр = 1 × 149,31 / 8,5 = 17,6 мин.

V_пр = (Q_пр × К_н^’) / γ_д = 9000 × 0,8 / 850 = 8,5 пл. м³.

Общее время затраченное на погрузку и вывозку древесины с одной карты:

t_b + t_bc = 220,5 + 113,8 + 4,5 + 15,5 + 6 + 17,6 = 377,9 мин.

Коэффициент:

k_вс = t_p / (t_p + t_bc) = 220,5 / 380 = 0,6

Производительность МТТ-11 (КПТ-1) техническая:

S₀ = S₀^’ × k_вс = 0,043 × 0,6 =0,03 пл. м³/с

Производительность МТТ-11 (КПТ-1) эксплуатационная:

S₀ = S₀ × k_t = 0,003 × 0,8 = 0,024 пл. м³/с

3) Эксплуатационная производительность прицепа МТП – 24А при вывозке древесины из кладниц, пл. м³/c:

S_пр =(Q_пр × К_н^’ × k_t) / (60 × γ₀ × t_ц) = (9000×0,8×0,8) / (60×850×40,3) = 0,03 м/c

где: Q_пр– грузоподъёмность прицепа, кг;

К_н^’ = 0,8 – 0,9 – коэффициент использования грузоподъёмности прицепа;

k_t – коэффициент использования рабочего времени;

γ₀ = 850 кг/м³ – плотность погружаемой древесины;

t_ц – длительность одного цикла, с.

t_ц = t₁+t₂+t₃+t₄+t₅ = 4,7 + 18,7 + 3 + 12,9 + 1 = 40,3

где: t₁ – загрузка прицепа материалом:

а) стволовой древесиной:

t₁ = (Q_пр × К_н^’) / (60 × S₀ × γ₀) = (9000×0,8) / (60 × 850 × 0,03) = 4,7 мин.

t₂ и t₄ – продолжительность рейса с грузом и возвращение порожнего прицепа к погрузчику, мин.:

t₂ = L / (60×V_гр×K_v) = 1800 / (60×1,78×0,9) = 18,7 мин.;

t₄ = L / (60×V_п×K_v) = 1800 / (60×2,44×0,95) = 12,9 мин.;

где: L – расстояние вывозки древесины, м;

V_гр , V_п – скорость прицепа, соответственно, с грузом и порожнего, м/с;

K_v – коэффициент использования скорости;

t₃ = 2-4 мин. – время на разгрузку материала;

t₅ = 1 мин. – время на подъезд под загрузку.

Число прицепов обеспечивающих непрерывную работу погрузчика:

n_p = t_ц / t₁ = 40,3 / 4,7 = 9

S_КОМ = S_пр × n_ф = 0,03 × 9 =0,27

где: n_ф- принятое число прицепов в одном комплекте.

Вывод: изучен состав работ на сводке, погрузке и вывозке древесной растительности; изучена методика расчёта производительности машин на сводке, погрузке и вывозке растительности. Посчитана эксплуатационная производительность машины МТП – 43 на сводке древесной и кустарниковой растительности и продолжительность ее рабочего цикла, посчитана техническая производительность погрузчиков циклического действия МТТ-11 и его эксплуатационная производительность, рассчитана эксплуатационная производительность прицепа МТП - 24А и число прицепов обеспечивающих непрерывную работу погрузчика. Чем больше диаметр древесной растительности, тем медленнее работаем машина МТП-43; время, затраченное на погрузку древесины находится в зависимости от расстояния её транспортировки.

Список литературы

1. Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 280401 – «Мелиорация, рекультивация и охрана земель» и 28400 – «Природообустройство». В. И. Шерстнев, И. А. Тяботов.