Оценка эффективности мобильных рубительных машин
Опыт использования оборудования на специализированных терминалах Карелии
На Северо-Западе РФ, в частности в Республике Карелия, есть успешные примеры эксплуатации новых и модернизированных котельных на твердом древесном биотопливе (щепе, опилках, коре) для муниципальных нужд и технологических нужд предприятий.
В приграничных с Финляндией районах Карелии выстроены цепочки поставки топливной щепы на экспорт.
Рис. 1. Рубительная машина Kesla на одноосной прицепной тележке с приводом от трактора-тягача Valtra и ее барабанный рабочий орган
В производстве топливной щепы основным звеном технологической цепочки является операция измельчения древесной биомассы (в частности, неделовой древесины), которая выполняется рубительной машиной (РМ) на специализированном терминале или непосредственно на площадке котельной. На терминалах в основном применяются зарубежные мобильные рубительные машины с барабанным рабочим органом (рис. 1), значительно реже встречаются РМ с дисковым рабочим органом (рис. 2). Большинство подобного оборудования - финских фирм-производителей.
Рис. 2. Рубительная машина Farmi Forest
на базе сельскохозяйственного трактора
Valmet и ее дисковый рабочий орган
Переработка древесной биомассы у потребителя (на котельной) выполняется либо стационарной (с электроприводом), либо передвижной рубительной машиной на шасси автомобиля. Одна мощная передвижная РМ может обслуживать несколько территориально отдаленных друг от друга потребителей.
Для измельчения неделовой (малоценной, низкокачественной, дровяной) древесины на терминале используются высокопроизводительные (40-150 м3/ч) рубительные машины с дизельным двигателем мощностью 200-400 кВт. Встречаются следующие конструктивные решения рубительных установок: на шасси прицепа, автомобиля (рис. 1, 3) или сельскохозяйственного трактора (рис. 2). Привод установки осуществляется от двигателя базовой машины, предусматривается также использование собственного приводного двигателя. Для обеспечения загрузки РМ древесным сырьем на шасси, как правило, устанавливаются гидроманипулятор и устройство подачи древесины (гусеничное или цепное) к механизму резания.
Рубительная установка Heinola на шасси
автомобиля Scania с
гидроманипулятором и автономным
двигателем (400 кВт)
Рубительная установка Heinola 97RMT на
прицепной тележке с пневмошасси,
гидроманипулятором и приводом от
двигателя трактора Terrion ATM 5280
через карданный вал (150–200 кВт)
Рубительная установка Bandit на прицепной тележке с пневмошасси и автономным силовым приводным двигателем (150–300 кВт)
Рубительная установка Heinola на шасси
автомобиля Volvo с гидроманипулятором
и приводом от двигателя автомобиля
(400 кВт)
Сотрудниками лесоинженерного факультета (ИЛИСН) ПетрГУ в 2012-2014 годах на лесных терминалах Республики Карелия проводились исследования эффективности работы передвижных рубительных машин финского производства.
Освоение неделовой древесины для нужд биоэнергетики вписывалось в заготовку деловой древесины при сплошнолесосечной, полностью машинизированной сортиментной технологии. Неделовую древесину ели, сосны и березы отсортировывали и доставляли с лесосек на специализированные терминалы, где ее укладывали в штабели и предварительно высушивали до влажности 40%.
В процессе производства топливной щепы на терминалах выполнялось измельчение предварительно высушенных неделовых сортиментов мобильными рубительными машинами. Готовая щепа отсыпалась в конус, а затем фронтальным погрузчиком грузилась в автопоезд-щеповоз с полуприцепом вместимостью до 32 плотн. м3 (рис. 4).
Рис. 4. Погрузка щепы
Рис. 5. Хронометраж в программе VideoTime
Энергетическая щепа в основном доставляется потребителям в Восточной Финляндии, а также в Северном Приладожье Карелии. Объем штабеля сортиментов, переработанный рубительными машинами в щепу, определялся с помощью измерительного инструмента с учетом ГОСТ 2292-88 и ОСТ 13-43-79. Перерабатывались сортименты длиной 4,5 и 5 м средним диаметром в комлевом торце 37 см.
Ниже представлены результаты исследования для двух рубительных машин барабанного типа: Kesla 4560С и Heinola 97RMT (табл. 1), установленных на прицепных тележках с пневмошасси (см. рис. 1 и 3). Силовой привод всех механизмов рубительных машин осуществлялся главным двигателем трактора: для Kesla 4560С - от Valtra t191h (мощность 155 кВт), для Heinola 97RMT - от трактора Terrion ATM 5280 (200 кВт). На момент проведения исследований рубительная машина Kesla 4560С и трактор Valtra t191h находились в эксплуатации один год, рубительная машина Heinola 97RMT - б/у (ранее находилась в эксплуатации около десяти лет), трактор Terrion ATM 5280 был в эксплуатации менее года. Фотохронометражные наблюдения и видеосъемка позволили рассчитать распределение времени по операциям и часовую производительность. Хронометраж с использованием видеофайлов проводился в специально созданной программе VideoTime (рис. 5).
Результаты обработки хронометража представлены на рис. 6.
Фактическая максимальная часовая производительность щепы для Kesla 4560С составила 26 плотн. м3/ч, для Heinola 97RMT - 34 плотн. м3/ч.
Kesla 4560С и Heinola 97RMT
Таблица 2. Исходные данные для расчета экономических
показателей работы машин
На основе фактических бухгалтерских данных предприятий и данных полевых исследований рассчитывались прямые затраты на эксплуатацию машин. Для обоснования затрат на машину использовались: данные по лизингу и страхованию техники; фактические технические показатели использования машин; переменные затраты, а именно расходы на ГСМ, ремонт и техническое обслуживание, запасные части, оплату труда операторов (включая дополнительные компенсации). Исходные данные для расчета экономических показателей работы машин представлены в табл. 2.
Сведения о распределении затрат за первый год работы машин по статьям расходов представлены на рис. 7 и 8. Затраты за первый год работы машин Kesla 4560С и Valtra t191h составили: всего - 7511 тыс. руб., на один машино-час - 2929 руб., на 1 плотн. м3 щепы - 188 руб. (рис. 7).
Рис. 6. Распределение производственного времени за смену: а) для Kesla 4560С и трактора-тягача Valtra t191h; б) для Heinola 97RMT и трактора-тягача Terrion ATM 5280
Рис. 7. Распределение затрат по статьям расходов за первый год работы машин: Kesla 4560С и Valtra t191h
Затраты за первый год работы рубительной машины Heinola 97RMT и трактора Terrion ATM 5280 составили: всего - 4617 тыс. руб., на один машино-час - 1832 тыс. руб., на 1 плотн. м3 щепы - 192 руб. (рис. 8).
Установлено несоответствие параметров рубительной машины Kesla 4560С условиям эксплуатации. Рубительная машина изначально не предназначена для переработки в щепу крупномерных бревен средней толщиной около 40 см. Мощность двигателя трактора-тягача Valtra t191h (155 кВт) оказалась на 30% меньше максимальной потребляемой мощности рубительной машины (220 кВт). В связи с этим рубительная машина показала низкую производительность: 16 плотн. м3 щепы в час при рубке крупномерной неделовой древесины.
В процессе эксплуатации Kesla 4560С периодически происходили поломки барабана, требовалась замена подшипников и другой ремонт. Для Heinola 97RMT ремонтные работы (по барабану, замене подшипников, решетке) выполнялись реже. Периодически затачивались ножи барабанов Kesla 4560С и Heinola 97RMT. При измельчении древесины без минеральных загрязнений (например, песка) заточка ножей требовалось один раз за смену, если же поступала древесина с загрязнениями, то два раза за смену.
Таким образом, можно сделать вывод: для эффективной работы на терминале необходимы мощные рубительные машины с приводом от двигателя (200 кВт и более) и большими размерами загрузочного окна.
Рис. 9. Рубительная машина с приводом
от трактора-тягача на расчистке обочин
дорог в Республике Карелия
Рис. 8. Распределение затрат за первый год работы: Heinola 97RMT и Terrion ATM 528
Рубительную машину, установленную на терминале, можно оснащать дополнительным устройством (например, гидравлическими клещами - для раскалывания особо крупной дровяной древесины). Использование терминала целесообразно, когда нет возможности доставить рубительную машину на погрузочную площадку у дороги. Наличие промежуточного терминала также позволяет создавать запас древесной биомассы для бесперебойного снабжения потребителей.
Выбор типа рубительной машины и ее положения (у дороги, на терминале или у потребителя) в производстве топливной щепы зависит от множества природных и производственных условий: состояния лесофонда, дорожной инфраструктуры, расстояния между делянками, удаленности от потребителей и наличия у них площадки для хранения готовой щепы или древесной биомассы и др.
Для исключения сезонного простоя рубительных машин с приводом от сельскохозяйственного трактора-тягача целесообразно их привлекать к работам, связанным с лесным и муниципальным хозяйствами, например, для расчистки обочин дорог (рис. 9).
Александр СЕЛИВЕРСТОВ, доц. ИЛИСН ПГУ
