Технологические операции по удалению пней проводятся при лесовосстановительных работах на вырубках и гарях, а также при проведении мероприятий по благоустройству территорий и дорог в населенных пунктах.
Лесовосстановительные работы без удаления или понижения пней возможны в случае, когда число пней на 1 га площади вырубки не превышает 600 штук. В этом случае при хорошей очистке вырубок от порубочных остатков можно обеспечить высокое качество обработки почвы лесными почвообрабатывающими орудиями и осуществить затем посев или посадку. Таких площадей в Европейской части России около 45 %. На остальной площади вырубок количество пней на 1 га превышает 600 штук, и поэтому необходимо проведение операций по удалению пней [1].
Удаление пней может проводиться одним из следующих способов (рис. 1) [2, 3]:
1) корчеванием различными машинами, орудиями и приспособлениями;
2) корчеванием взрывным способом;
3) выжиганием пней;
4) разрушением пней путем обработки химическими растворами и заражения культурами грибов, вызывающими гниение древесины;
5) ручным способом.
Рис. 1. Классификация способов удаления пней
Эти способы не только различаются между собой по производственной эффективности, но и по-разному влияют на структуру и состояние пахотного горизонта восстанавливаемого участка, что имеет особенно большое значение для лесовосстановления [2].
Ручной способ включает подкопку, обрубку корней и вытаскивание пней диаметром до 20 см вручную, с помощью лаг, лебедки или полиспаста [3]. Недостатками данного метода являются высокая трудоемкость и большие временные потери.
Огневой способ заключается в сжигании надземной части кустарниковой растительности и пней деревьев. Для этой цели выпускаются различные огнеметы и газопламенные машины, которые устанавливают на тракторах небольшой мощности.
Основные недостатки огневого метода — большой расход топлива, загрязнение окружающей среды, значительная пожароопасность [4].
Биологический способ заключается в том, что на пень помещается грибница вешенок или опят. Через некоторое время пни покрываются грибами, которые производят их разрушение.
Данный способ характеризуется простотой исполнения, экологической чистотой разрушения пня. Однако, проведение работ является низко производительным, так как на удаление одного пня требуется до трех лет. Поэтому биологический способ получил распространение лишь при удалении пней индивидуальных садовых участков [5].
Химические способы уничтожения пней в России были известны еще в конце XIX века. Химический способ похож на биологический, только средством удаления служит обработка химическими веществами с последующим уничтожением сухостоя. Данный метод имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих его применение: недействительность для многих пород деревьев и кустарников; большой расход химических препаратов и высокая стоимость обработки при использовании наземных средств (опрыскивателей); зависимость от метеорологических условий; необходимость проводить обработку только в определенные периоды года [5].
Выжигание пней и химический способ разрушения древесины пня требуют повышенного внимания при их использовании, оказывают отрицательное влияние на окружающую среду и в настоящее время не получили широкого распространения [2, 3].
Взрывной способ применяют в основном при корчевке очень крупных пней. При удалении взрывным способом пень нередко раскалывается на части, выбрасываемые силой взрыва на поверхность. При этом в подкоренной яме иногда остаются большие корни, затрудняющие вспашку. Под действием взрыва образуется воронка, и почва разбрасывается вокруг нее. Ввиду своей специфичности, повышенной опасности и отсутствия специальной службы в лесном хозяйстве взрывной способ корчевания пней не нашел широкого распространения в лесном хозяйстве [2, 3].
С учетом вышесказанного, механический способ является основным промышленным способом удаления пней. В настоящее время в лесном хозяйстве разработано много тракторных корчевальных устройств, отличающихся принципом действия, конструкцией, типом рабочих органов, энергетическими средствами [3].
Одним из старых и наиболее изученных приемов механического удаления пней является их корчевание. На раскорчеванных вырубках обеспечивается полная механизация всех технологических процессов лесовосстановления, повышается качество механизированных работ, увеличивается производительность агрегатов.
Однако наряду с достоинствами корчевания имеются и существенные недостатки: перемешивание гумусированных горизонтов почвы, образование в местах корчевки глубоких воронок, понижение водоохранных свойств лесных массивов, нарушение физического строения почвы — то есть оказывается существенное отрицательное воздействие на окружающую среду.
Отмеченные недостатки послужили основанием для поиска новых технических решений, реализация которых позволила бы сделать процесс удаления пней экологически безопасным. К таким решениям можно отнести способ, основанный на удалении надземной части пней, который получил широкое распространение в лесном комплексе РФ и за рубежом [6].
Одним из первых устройств такого типа стала машина для удаления пней МУП-4 с фрезерным рабочим органом (рис. 2).
Рис. 2. Схема машины для удаления пней МУП-4: 1 — фреза; 2 — редуктор; 3 — раздаточная коробка; 4 — карданная передача; 5 — цепная и шарнирная передачи; 6 — стрела; 7 — вал промежуточный; 8 — гидроцилиндры
Машина предназначена для удаления фрезерованием надземных частей пней, деревьев различных пород и диаметров при подготовке вырубок под лесовосстановление.
Рабочий орган (фреза) представляет собой корпус, выполненный в виде усеченного конуса, основанием которого служит нижний обод с двумя подрезными ножами. На конической поверхности фрезы закреплены 16 скалывающих ножей.
В процессе работы агрегат движется по намеченной трассе и периодически останавливается перед пнями на расстоянии, равном вылету стрелы. После остановки оператор включает привод рабочего органа и подводит вращающуюся фрезу к боковой стороне пня, производя тем самым его фрезерование. Подрезные ножи при соприкосновении с пнем производят резание поперек волокон, а остальные ножи — скалывание.
Производительность машины за час чистой работы 80…100 пней [1].
Из современных машин данного типа можно отметить фрезерную машину ДЭМ-121, а также зарубежные устройства UZM700Profi и SF1100.
Фрезерная машина ДЭМ–121 (рис. 3) используется при проведении работ по благоустройству дорог и территорий. Агрегатируется с тракторами средней мощности со сверхнизкими скоростями и предназначается для измельчения пней лиственных и хвойных пород деревьев, перерабатывая при этом землю и корни пней. Измельченный и расслоенный материал в короткий промежуток времени разлагается и превращается в полезную органическую смесь. Диаметр фрезы — 550 мм.
Рис. 3. Фрезерная машина ДЭМ–121
Недостатком машины является то, что она способна удалять пни только малых диаметров [5].
В зарубежных аналогах данного вида техники наиболее широко используются барабанные и дисковые измельчающие рабочие органы.
Цилиндрическая фреза UZM700Profi (рис. 4) агрегатируется с колесными или гусеничными тракторами с мощностью двигателя от 184 до 294 кВт, максимальный диаметр срезаемой растительности — до 50 см. Массивный ротор диаметром 700 мм имеет двухсторонний привод посредством высокотехнологичных клиновых ремней. Двухуровневое расположение режущих органов обеспечивает эффективное измельчение материала и способствует уменьшению износа резцов.
Рис. 4. Цилиндрическая фреза UZM700Profi
Машины данного типа созданы для измельчения и мульчирования растительности на открытых территориях: в лесах, садах, парках. Также они широко используются для утилизации срезанных ветвей, деревьев и пней.
Недостатки данного устройства заключаются в быстром износе клиновых ремней и режущих органов, так как вместе с древесными остатками фрезеруется и почва на высокой скорости вращения. Кроме того, технологический процесс, заключающийся в послойном фрезеровании, предусматривает возвратно-поступательное движение трактора и агрегата и, как следствие, приводит к временным потерям и большим энергозатратам [7].
Дисковая фреза SF1100 (рис. 5), представляет собой режущий диск диаметром 1100 мм, присоединяющийся к трехточечной навеске энергоносителя, с приводом от ВОМ трактора и ходоуменьшителем. Агрегатируется с колесными и гусеничными тракторами с мощностью двигателя от 147 до 294 кВт.
Рис. 5. Дисковая фреза SF1100
В процессе фрезерования режущий диск совершает одновременно вращательное и поступательное движения. Подъем и опускание навесного оборудования производится за счет задней навески трактора. Машины данного типа имеют свои недостатки: высокая потребляемая мощность, большие габариты пильного диска, малая устойчивость и сильная вибрация, а также многоступенчатая технологическая операция, снижающая работоспособность [7].
Все вышеописанные машины воздействуют только на древесину пня и не оказывают негативного влияния на окружающую среду, являясь экологически безопасными рабочими органами. Образованная в процессе работы щепа однородна по размерным характеристикам фракций и может использоваться как органическая добавка к растительным грунтам. Однако их конструктивно-технологические параметры до конца не обоснованы и требуется проведение теоретических и экспериментальных исследований.
Литература:
1. Пошарников, Ф. В. Технология и машины лесовосстановительных работ [Текст]: учеб. пособие / Ф. В. Пошарников. — Воронеж, 2006. — 523 с.
2. Бартенев, И. М. Конструкции и параметры машин для расчистки лесных площадей [Текст]: монография / И. М. Бартенев, М. В. Драпалюк, П. И. Попиков и др. — М.: Флинта: Наука, 2007. — 208 с.
3. Сухов, И. В. Подготовительные работы и обработка почвы под лесные культуры на вырубках [Текст]: тексты лекций / И. В. Сухов. — Воронеж: ВГЛТА, 1998. — 80 с.
4. Калиниченко, Н. П. Лесовосстановление на вырубках [Текст] / Н. П. Калиниченко, А. И. Писаренко, Н. А. Смирнов. — М.: «Лесная промышленность», 1973. — 325 с.
5. Батищев, С. Н. Обоснование параметров ударных рабочих органов машин для удаления пней [Текст]: дисс. … канд. техн. наук / С. Н. Батищев. — Воронеж: ВГЛТА, 2011. — 185 с.
6. Маслай, В. И. Основные эксплуатационные показатели лесокультурных агрегатов на вырубках [Текст]: дисс. … канд. техн. наук / В. И. Маслай. — Киев, 1985. — 233 с.
7. ООО «СТЭП» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: www.speccars.ru. — Загл. с экрана.
