Приспособления для сталкивания деревьев с пня

После перерезания ствола с оставлением недопила для того, чтобы обеспечить направленную валку дерева, необходимо вывести его из состояния неустойчивого равновесия приложением дополнительной силы. Дальнейшее падение дерева происходит под действием его собственного веса, причем еще некоторое время ствол связан с пнем посредством недопила, выполняющего роль шарнира, вокруг которого поворачивается дерево в начальный период падения. После разрыва недопила движение дерева становится неуправляемым.

На опрокидывающий момент, необходимый для наклона дерева в сторону валки и разрушения перемычки, оказывают влияние следующие основные факторы: диаметр и форма ствола; размер и форма кроны; наличие снега и ветра, наличие гнили в комлевой части дерева и размеры перемычки (недопила).

С целью определения величины опрокидывающего момента введем ряд допущений:

Все силы и моменты, действуют на дерево в одной плоскости и движение дерева при валке происходит в этой же плоскости.

Дерево имеет прямой ствол и симметрично развитую крону.

Дерево рассматривается как твердое неупругое тело, не меняющее своих размеров при движении.

Расчетная схема к определению опрокидывающего момента представлена на рис. 3.1. Основные геометрические параметры подпила и недопила, рекомендуемые при валке дерева, можно определить исходя из следующих математических зависимостей: глубина подпила ; (3.1)

высота подпила ; (3.2)

ширина недопила , (3.3)

С учетом вышеописанных допущений можно записать следующее неравенство

, (3.4)

где – момент сталкивающей силы (опрокидывающий момент), кН×м; – сумма моментов, препятствующих сталкиванию, кН×м; , – моменты, создаваемые соответственно силой тяжести надземной части дерева, ветровой нагрузкой, силой сопротивления разрушению перемычки, кН×м.

Знак «–» может быть при наклоне ствола в сторону валки и при попутном ветре . Поворот дерева при валке происходит вокруг центра перемычки (ось О – О, рис. 3.2).

При валке дерева с подпилом ствола задача заключается в определении максимального значения . Однако для этого необходимо знать величину угла отклонения продольной оси ствола от первоначального положения, при котором будет максимальным.

Влияние веса дерева

Момент от силы тяжести надземной части дерева изменяется по мере изменения наклона дерева и может быть определен по формуле

, (3.21)

В момент вертикального расположения ствола дерева (рис. 3.2, б)

, (3.22)

где – сила тяжести (зимой вместе со снегом) надземной части дерева, кН; ‑ расстояние от плоскости среза до центра тяжести дерева, м; ℓ₃– расстояние от центра недопила до оси действия силы тяжести, м; δ – угол, образованный продольной осью ствола дерева и прямой, соединяющей центр вращения надземной части дерева с его центром тяжести, град; β – угол отклонения продольной оси ствола от вертикали в естественном положении, град; γ – угол отклонения продольной оси ствола от первоначального положения, град.

Вес снега может быть рассчитан по формуле

, (3.23)

где - удельное давление снега на крону, приведенное к площади сечения ствола на высоте груди, Н/м²: ‑ для сосны; ‑ для ели.

, (3.24)

где Н – высота дерева (длина хлыста), м; z – коэффициент, учитывающий форму ствола и кроны дерева (0,37 ‑ для сосны; 0,4 – для ели; 0,36 – для березы и осины).

, (3.25)

где h_c – высота плоскости срезания ствола (расстояние между нижними плоскостями подпила и спиливания; , где е ‑ ширина пропила, м), м.

, (3.26)

где D – диаметр в месте срезания, м (см. формулу 2.31).