Устройства для кольцевания деревьев при рубках ухода в молодняках

Полный текст

Введение

Уход за молодняком – важнейший этап лесовыращивания, обеспечивающий продуктивность выращиваемых древостоев. Во время периода от осветления до прочистки, когда хвойные деревья находятся в конкуренции с лиственными деревьями, условия роста выращиваемых деревьев ухудшаются. Все лесохозяйственные операции, осуществляемые на протяжении этого периода, направлены на развитие и рост молодых деревьев [1– 4].

Необходимо обеспечить достаточное пространство для роста деревьев и учитывать последствия конкуренции между различными их видами в смешанном древостое [5–9].

При использовании выборочного метода ухода в молодых насаждениях можно использовать [10–12]:

1) традиционную рубку;

2) обезвершинивание деревьев;

3) кольцевание стволов деревьев;

4) химический метод.

С коридорным подходом к уходу, в дополнение к химическому и традиционному методам, используется метод кронокошения [13].

Умерщвление отдельных деревьев можно проводить и механическим путём, например кольцеванием. Кольцевание представляет собой нанесение кольцевых надрезов камбиального слоя на растущих стволах деревьев. В результате деревья засыхают. Кольцевание деревьев проводится в любое время года [14].

Впервые кольцевание упоминалось в XIX веке [15, с. 795]:

1) по наставлениям графа Канкрина, в 1830 году кора срезалась в форме колец вокруг ствола дерева. Целью являлось усыхание или умерщвление деревьев на корню;

2) в приусадебных хозяйствах, и, в частности, на виноградных плантациях, используются различные методы, замедляющие рост самих растений и в особенности их веток. Это помогает формировать цветочные почки и обеспечивать скорое развитие и созревание плодов, которые уже успели завязаться;

3) в борьбе с некоторыми насекомыми, вредными для леса и сада;

4) кольцевание деревьев дятлами – это способ продавливания коры и повреждения молодой древесины деревьев птицами.

Предложенный в 1929 году лесничим Б. П. Гаврисем способ кольцевания стволов стал одним из первых, использующий ручной кольцеватель с целью уничтожения мелколиственных пород деревьев. Поворотом рукоятки на 180 градусов четырьмя резцами срезаются две полосы коры с древесиной [16].

Позднее создавались новые конструкции устройств для кольцевания деревьев.

В 1971 году И. С. Марченко разработал кольцеватели с поворотным механизмом. При работе с ними необходимо их повернуть на 30–45 градусов относительно горизонтали [17].

Кольцеватель БТИ-1Б предназначен для нанесения кольцевых порезов на стволах удаляемых деревьев. Его конструкция состоит из шарнирно соединённых двух частей, включает стойку, регулировочный паз, рукоятку и стопорный винт. Зубья кольцевателя проникают в кору и древесину с минимальными усилиями. Поворачиваясь в горизонтальной плоскости, зубья снимают тонкую полоску коры шириной 8…30 мм. Это позволяет кольцевателю БТИ-2 обрабатывать деревья диаметром до 8 см.

Недостаток данного устройства – низкая производительность из-за необходимости фиксации рабочих органов на стволе растущего дерева после внедрения их зубцами в кору на определённую глубину при помощи стопорного винта. При этом незначительная часть деревьев погибает уже в первый же вегетационный период, но большинство деревьев выживают и до второго, а в некоторых случаях и до третьего вегетационного периода.

Существуют механизмы для обработки деревьев, оснащённые бензопилой с ограничителем глубины пропила на шине и шкалой с делениями, определяющими глубину пропила для каждого конкретного дерева [18, 19]. Такие конструкции включают в себя режущий инструмент, устройство для ограничения глубины реза, упор и механизм привода режущего инструмента. Ограничитель глубины реза имеет полую форму полуцилиндра, внутри которой находится режущий инструмент [20].

Основным недостатком этих устройств является громоздкость конструкции.

Для кольцевания деревьев было разработано техническое решение, которое включает в себя стойку с подвижными рычагами трубчатого сечения. В передней их части закреплены режущие органы, приводные в работу от гибких валов за счёт редуктора [21].

Существует техническое решение для кольцевания деревьев, оснащённое рамой, на которой установлены трубчатые раздвижные рычаги. В передней части каждого рычага находится режущий инструмент, приводимый в действие гибким валом и системой зубчатых передач (редуктором) для приведения вала в движение. Однако устройство обладает низкой производительностью, поскольку диаметр деревьев для кольцевания ограничен размером рычагов, охватывающих ствол деревьев.

Актуальность темы обусловлена тем, что подсушка деревьев механическим кольцеванием перед рубкой в настоящее время не получила широкого распространения в первую очередь из-за трудоёмкости ведения работ существующими устройствами. В связи с этим большой интерес представляют направления по совершенствованию и модернизации устройств для кольцевания деревьев, предусматривающие простоту конструкций и высокую производительность работы за счёт увеличения диапазона диаметров окольцовываемых деревьев.

Целью исследований является конструктивная проработка вариантов механизмов для кольцевания деревьев и усыхания их на корню.

Объекты и методы исследования

Исследуемые объекты – это конструкции устройств для кольцевания деревьев. Использовался метод поиска с проведением обзора существующих конструкций кольцевания деревьев, их анализа, сравнения, обобщения и конкретизации с выявлением аналогов и прототипов.

На основе этого было определено несколько перспективных вариантов модернизации устройств для кольцевания для упрощения обработки древесных насаждений, подлежащих удалению.

Результаты и их обсуждение

Разработан ряд модернизированных устройств для кольцевания стволов деревьев, подлежащих удалению.

Одно из таких устройств представлено на рис. 1 [22].

 

Рис. 1. Пружинящее устройство для кольцевания деревьев: 1 – режущий орган, 2 – цилиндрические вставки, 3 – гибкий канат, 4 – неподвижный зажимной рычаг, 5 – натяжная пружина, 6 – подвижный зажимной рычаг, 7 – блок, 8 – прижимная пружина, 9 – рукоятка

Fig. 1. Spring-loaded device for tree ringing: 1 – cutting body, 2 – cylindrical inserts, 3 – flexible rope, 4 – fixed clamping lever, 5 – tension spring, 6 – movable clamping lever, 7 – block, 8 – clamping spring, 9 – handle

 

Данное ручное устройство имеет режущий орган, состоящий из дискообразных фрез 1 с цилиндрическими вставками 2 между ними. Все эти фрезы 1 закреплены на эластичном канате 3. Один конец каната 3 плотно прикреплён к неподвижному зажимному рычагу 4, а другой конец соединён с пружинящим натяжным устройством 5. Это пружинящее устройство 5 прикреплено к подвижному зажимному рычагу 6.

Канат 3, огибающий блоки 7, закреплён одним концом на подвижном рыча- ге 6, а другим – на неподвижном рычаге 4. Данные рычаги 4 и 6 шарнирно соединены между собой. Пружина 8 прикреплена одним концом к подвижному рычагу 6, а другим концом соединена с рукояткой 9 неподвижного рычага 4.

Устройство работает следующим образом (рис. 2). Режущий орган подносят к дереву 10. Преодолевая усилия пружин 5 и 8, происходит внедрение дерева во внутреннее пространство между зажимными рычагами 4 и 6.

 

Рис. 2. Взаимодействие пружинящего устройства для кольцевания с деревом, подлежащим удалению: 1 – режущий орган, 2 – цилиндрические вставки, 3 – гибкий канат, 4 – неподвижный зажимной рычаг, 5 – натяжная пружина, 6 – подвижный зажимной рычаг, 7 – блок, 8 – прижимная пружина, 9 – корпус, 10 – дерево

Fig. 2. Interaction of the spring-loaded device for tree ringing with the tree to be removed: 1 – cutting body, 2 – cylindrical inserts, 3 – flexible rope, 4 – fixed clamping lever, 5 – tension spring, 6 – movable clamping lever, 7 – block, 8 – clamping spring, 9 – housing, 10 – tree

 

При этом режущий орган охватывает дерево, прижимая тарельчатые резцы 1. При повороте устройства на 180 градусов против часовой стрелки происходит срезание коры. Если срезание произошло неполное, то устройство необходимо вернуть в исходное положение и повторить срезание. Таким образом производят полное кольцевание деревьев для подсушки их на корню.

Другое предлагаемое авторами устройство для кольцевания стволов деревьев показано на рис. 3 [23]. Это устройство имеет раму 1, поддерживаемую ходовыми колёсами 2. В задней части рамы 2 жёстко закреплена П-образная направляющая 3. Перед направляющей рейкой 3 при помощи шарнирных соединений 4 закреплены зажимные рычаги с режущими органами в количестве двух штук. Они представлены пильными цепями 5, огибающими звёздочки 6, выполняющие роль направляющих. Звёздочки 6 установлены в передней части стержней 7.

 

Рис. 3. Передвижное устройство для кольцевания деревьев: 1 – рама, 2 – ходовые колёса, 3 – направляющая П-образной формы, 4 – шарниры, 5 – пильные цепи, 6 – звёздочки, 7 – стяжки, 8 – центральная планка, 9 – боковые планки, 10, 11 – пружины

Fig. 3. Mobile device for tree ringing: 1 – frame, 2 – running wheels, 3 – U-shaped guide, 4 – hinges, 5 – saw chains, 6 – sprockets, 7 – ties, 8 – central bar, 9 – side bars, 10, 11 – springs

 

Одним концом режущие органы в виде пильных цепей 5 жёстко зафиксированы на центральной планке 8 рамы 1. Другие концы зафиксированы с помощью пружин 10 на боковых планках 9 стержней 7. В то же время боковые 9 и центральная 8 планки соединены между собой пружинами 11.

Устройство работает следующим образом (рис 4). Режущий орган подводят к растущему дереву 12. Далее, преодолевая усилия пружин 10 и 11, происходит внедрение дерева во внутреннее пространство между пильными цепями 5. При этом режущие органы охватывают дерево 12. При повороте устройства на 180 градусов происходит срезание коры. Если срезание произошло неполное, то устройство необходимо вернуть в исходное положение и повторить срезание. Таким образом производят полное кольцевание деревьев для подсушки их на корню.

 

Рис. 4. Взаимодействие передвижного устройства для кольцевания с деревом, подлежащим удалению: 1 – рама, 2 – ходовые колёса, 3 – направляющая П-образной формы, 4 – шарниры, 5 – пильные цепи, 6 – звёздочки, 7 – стяжки, 8 – центральная планка, 9 – боковые планки, 10, 11 – пружины, 12 – дерево

Fig. 4. Interaction of the mobile device for tree ringing with a tree to be removed: 1 – frame, 2 – running wheels, 3 – U-shaped guide, 4 – hinges, 5 – saw chains, 6 – sprockets, 7 – ties, 8 – central bar, 9 – side bars, 10, 11 – springs, 12 – tree

 

Цепное устройство для кольцевания деревьев (рис. 5) создано на основе использования пильной цепи 1 для поперечной распиловки (например, пильные цепи марок ПЦП или ПЦУ) и имеет две ручки 2, которые прочно прикреплены к свободным концам цепной пилы [24].

 

Рис. 5. Цепное устройство для кольцевания деревьев: 1 – режущий орган, 2 – рукоятки

Fig. 5. Chain device for tree ringing: 1 – cutting body, 2 – handles

 

Пильная цепь 1 огибает ствол дерева 3, подлежащего удалению, как показано на рис. 6. Экспериментальный образец данного устройства представлен на рис. 7.

 

Рис. 6. Взаимодействие цепного устройства для кольцевания с деревом, подлежащим удалению: 1 – режущий орган, 2 – рукоятки, 3 – растущее дерево

Fig. 6. Interaction of the chain device for tree ringing with the tree to be removed: 1 – cutting body, 2 – handles, 3 – growing tree

 

Рис. 7. Экспериментальный образец цепного устройства для кольцевания деревьев на основе пильной цепи ПЦУ-10,26

Fig. 7. An experimental sample of the chain device for tree ringing based on a saw chain PCU-10.26

 

После чего оператор перемещает рукоятки 2 вперёд и назад, что приводит в движение пильную цепь 1. Зубья пильной цепи врезаются в ствол дерева, делая надрез.

Выводы

В ходе работы над поставленной задачей вниманию специалистов, иссле-дователей научных и производственных организаций предложен ряд новых конструктивных решений для кольцевания растущих деревьев, подлежащих удалению. Разработанные механизмы позволяют расширить выбор конструктивных вариантов устройств для кольцевания. Новизна представленных в статье механизмов подтверждена патентами РФ. Все разработанные варианты характеризуются возможностью широкого варьирования диапазонов диаметров обрабатываемых деревьев, мобильностью и простотой конструкции. Использование предложенных механизмов обеспечивает низкую утомляемость рабочих при кольцевании и перемещении между обрабатываемыми деревьями.

Об авторах

Евгений Михайлович Царёв

Поволжский государственный технологический университет

Email: RukomojnikovKP@volgatech.net
ORCID iD: 0000-0001-5695-3028
SPIN-код: 3117-8576

Доктор технических наук, профессор кафедры лесопромышленных и химических технологий

Россия, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3

Константин Павлович Рукомойников

Поволжский государственный технологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: RukomojnikovKP@volgatech.net
ORCID iD: 0000-0002-9956-5081
SPIN-код: 9119-8261

Доктор технических наук, профессор кафедры лесопромышленных и химических технологий

Россия, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3

Илья Сергеевич Анисимов

Поволжский государственный технологический университет

Email: RukomojnikovKP@volgatech.net
ORCID iD: 0000-0002-9528-8988
SPIN-код: 7951-9072

Студент направления подготовки 35.03.06 «Агроинженерия» кафедры эксплуатация машин и оборудования

Россия, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3

Никита Сергеевич Анисимов

Поволжский государственный технологический университет

Email: RukomojnikovKP@volgatech.net
ORCID iD: 0000-0001-8465-261X
SPIN-код: 8848-6902

Студент направления подготовки 35.03.06 «Агроинженерия» кафедры эксплуатация машин и оборудования

Россия, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3

Владимир Евгеньевич Макаров

Поволжский государственный технологический университет

Email: RukomojnikovKP@volgatech.net
ORCID iD: 0000-0003-2564-0832
SPIN-код: 5076-2600

Кандидат технических наук, доцент кафедры транспортно-технологических машин

Россия, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3

Список литературы

Дополнительные файлы