Stanaszek Łukasz
Studia magisterskie
Leśnictwo I
Pozyskiwanie drewna w przyszłości
Tematem niniejszego referatu jest wizja rozwiązania problemów związanych z pozyskiwaniem drewna. Postaram się przedstawić koncepcje maszyny, która w przyszłości będzie pozyskiwała surowiec drzewny. Możliwe są dwie drogi rozwoju w tej dziedzinie specjalizacja jedynie w pozyskiwaniu drewna lub pozyskiwanie drewna oraz jego maksymalny przerób już w samym lesie.
Moim zdaniem bardziej prawdopodobnym kierunkiem rozwoju będzie specjalizacja w dziedzinie samego pozyskiwania drewna. W obecnych czasach bardzo ważnym aspektem i ciągle zyskującym na znaczeniu jest ochrona środowiska. Szczególną uwagę poświęca się oddziaływaniu współczesnych maszyn leśnych na glebę szczególnie na jej zagęszczenie. Obecne rozwiązania bazują na maksymalnym zwiększeniu powierzchni poprzez którą przenoszone jest masa maszyny. W przyszłości aby uniknąć negatywnego oddziaływania na glebę maszyna do pozyskiwania drewna będzie unosiła się nad powierzchnią koron drzew.
Maszyna w zarysie przypomina kwadrat. Boki o długości 20 metrów wyposażone są w dwie serie silników pomocniczych stabilizujących lot maszyny podczas pozyskiwania drewna. Seria składa się z trzech silników oddalonych od siebie o 2m.Pierwszy z nich umieszczony jest 2.5metra od ramienia na którym umieszczony jest silnik główny. Na każdym z narożników znajduje się ramie o długości 1,5 metra na którym znajduje się silnik główny. Silnik mocowany jest na połączeniu kulowym pozwalającym na pracy w dwóch płaszczyznach sześciu kierunkach przy pięciu zwrotach umożliwiając maszynie sprawne przemieszczanie się pomiędzy poszczególnymi drzewostanami składnicą oraz miejsca postoju podczas okresowych przeglądów technicznych. Przy starcie, lądowaniu oraz podczas pracy silniki skierowane są pionowo w dół. W trakcie przelotu silniki skierowane są pod katem od 35° do 85° dzieląc swoją moc na nośną oraz napędową, kąt pochylenia silników w głównej mierze zależy od masy jak obecnie znajduje się na pokładzie. Gdy transportowany jest surowiec maszyna potrzebuje większej siły nośnej i silniki skierowane są pod większym kątem przy maksymalnym załadowaniu dopuszcza się przelot na pionowo ustawionych silnikach korzystając z silników pomocniczych jako napędu. Przeloty takie mogą odbywać się na niewielkich odległościach do 20 km, lecz jest to niewskazane.
Podczas pracy przy pozyskiwaniu silniki główne skierowane są w dół, za stabilność maszyny odpowiedzialny są silniki pomocnicze. Znacznie mniejsza moc tych silników oraz ich liczba wykorzystywana jest również do nadania odpowiedniego kursu podczas przemieszczenia się w trakcie pozyskiwania drewna. Silniki mogą byś ustawione w trzech konfiguracjach:
1. Dwie serie pracują identycznie, podczas dobrych warunków atmosferycznych (wiatr do 9m/s).
2. Każda z serii pracuje osobno, średnie warunki atmosferyczne (wiatr do 11m/s).
3. Każdy z silników może pracować osobno, złe warunki atmosferyczne (wiatr powyżej 11m/s).
Graniczną prędkością wiatru przy której należy zaprzestać pozyskiwanie drewna jest 15m/s, lot maszyny należy bezwzględnie przerwać po przekroczeniu 22m/s.
Patrząc na maszynę z góry zauważymy wyraźnie, że jest ona zbudowana w oparciu o kwadrat. Zauważymy również dwa skrzydła, ich zadaniem jest poprawienie stateczności podczas pracy oraz nośności podczas przelotów. Obserwując maszynę z tej perspektyw dostrzegamy kabinę operatora na skraju „przedniej” krawędzi pojazdu tuż za nią znajduje się otwór załadowczy o wymiarach 3 na 3 metry. Na każdym z narożników otworu umieszczone są kolumny nośne o wysokości trzech metrów kolumny te na tej wysokości na przegubach kulowych łączą się w centralnym punkcie nad otworem. Kolumny skonstruowane są na zasadzie teleskopu mogąc wysuwać się na wysokość 10metrów. Kolumny te wykorzystywane są podczas załadunku maszyny. Na szczycie zainstalowano wciągarkę linową, na końcu liny zamontowany jest pięciopalczasty chwytak (system pracy opisany poniżej). Z góry bardzo dobrze widać potężną przestrzeń, ładunkową zewnętrzne krawędzie maszyny zabezpieczona jest poprzez bariery energochłonne o wysokości 2,5 m, dzięki zastosowaniu takiego rozwiązania podczas załadunku, gdzie może dojść do gwałtownego przesunięcia się drewna energia kłody zostaje przetworzona na energie elektryczną magazynowaną w akumulatorach. Poszczególne partie załadowanego drewna podczas przelotu zabezpieczane są poprzez wysuwane zapór z podłogi ładowni. Podczas załadunku należy pamiętać aby kłody rozmieszczać raz z prawej raz z lewej strony ładowni. Prawa i lewa strona ładowni przystosowana jest do transportu zarówno dłużycy jak i drewna kłodowanego środkowa część ładowni przystosowana jest do transportu drewna kłodowanego. Na w pełni załadowanej maszynie drewno dodatkowo zabezpieczone jest elastyczną siatką umieszczaną na drewnie.
Obserwując maszynę od spodu zauważamy serie reflektorów umieszczonych na obwodzie maszyny. Wykorzystywane są one podczas prac przystaniowych nocą jeżeli maszyna nie pracuje na trybie w pełni automatycznym, oraz podczas nocnych lądowań. W centralnej części tuż za otworem załadowczym znajduje się gniazdo maszyny ścinającej. Maszyna ta w zarysie przypomina trójkąt wyposażona w trzy niewielkie silniki. Jeden umieszczony od spodu w odległości 1/3 długości od dziobu maszyny dwa z nich umieszczone w tylnej części mogą pracować w każdej płaszczyźnie sprawia to iż jest ona bardzo zwrotna więc bez problemów może poruszać się w dnie drzewostanu. Penetracje drzewostanu ułatwiają również niewielkie wymiary maszyny. Długość to zaledwie 1metr, a szerokość w najszerszym miejscu to 0,75metra. W przednie części umieszczony jest laser o znacznej mocy wykorzystywany do ścinki drzew.
Po zajęciu przez główną maszynę położenia nad drzewostanem wyznaczonym do wycięcia silniki główne skierowane są pionowo ku dołowi stabilizację i ruchy podczas pozyskania przejmują silniki pomocnicze. Maszyna ścinająca opuszcza gniazdo mijając krony zajmuje miejsce przy pniu drzewa, które zostało wyznaczone do wycięcia. W przypadku rębni zupełnych granice zrębu wyznaczone są na podstawie leśnych map numerycznych, współrzędne kontrolowane są przez GPS. W przypadku cięć pielęgnacyjnych leśniczy cechuje drzewa na wysokości około 1,5m poprzez nabicie na korze metalowej blaszki.
Jednocześnie ze startem maszyny ścinającej do pracy przygotowuje się wciągarka linowa. Chwytak wyposażony jest w trzy niewielkie silniki sterujące, które umożliwiają bardzo sprawne uchwycenie oznaczonego drzewa przez maszynę ścinającą. Po uchwyceniu drzewa przez chwytak maszyna ścinająca ustawia się 0,5 metra nad powierzchnią gruntu. Z przedniej części zostaje wysunięty laser i opuszczony na wysokość 2-3 cm nad powierzchnią ziemi. Przed wykonaniem cięcia maszyna okrąża pień wybierając optymalne ustawienie. Laser przecina pień a drzewo zostaje podjęte przez wciągarkę. Po wykonaniu cięcia laser chowa się w przedniej części korpusu maszyny ścinającej, a ona sama przemieszcza się do kolejnego pnia.
W tym samym czasie drzewo jest podnoszone przez wciągarkę po wyciągnięciu drzewa z drzewostanu jest ono podciągane do otworu załadowczego. Pod otworem załadowczym znajduje się tunel okrzesujący. W chwili wciągnięcia drzewa do tunelu na głębokość 5 metrów ze ścian tunelu zostają wysunięte rolki prowadzące przytrzymujące drzewo. Jednocześnie od spodu tunel zamykany jest przez blachę ustawioną pod kątem 50 °. Chwytak zostaje zwolniony i przesunięty w otwór wyjściowy. Po opuszczeniu pokładu maszyny namierza kolejne drzewo i cykl się powtarza. W tym samym czasie drzewo zawieszone na rolkach prowadzących zostaje poddana okrzesywaniu. Pomiar średnicy odbywa się laserowo. Po pomiarze średnicy drzewo zostaje okrzesane przy pomocy laserów. Opadające gałęzie trafiają na blachę umieszczoną pod spodem, w chwili przemieszczania drewna ku górze gałęzie gromadzą się na dnie tunelu. Drobniejsze gałęzie mogą wypadać przez szczelinę w której znajduje się pień. Po okrzesaniu całej sztuki gałęzie znajdujące się w tunelu są przesuwane do tyłu maszyny pod spodem głównego pokładu ładunkowego. W tym miejscu zamontowany jest wydajny rębak. Tak pozyskane zrębki mogą być kierowane do dwóch tuneli transportowych.
1. Pierwszy z nich biegnie przez całą długość maszyny, a wylot skierowany jest pod kątem 45° do dołu, umożliwia to rozsypanie materiału roślinnego na powierzchni pozrębowej.
2. Drugi w połowie maszyny skierowany jest do góry przechodząc przez podłogę ładowni, tu znajduje się obrotowa rura o średnicy jednego metra umożliwiająca równomierne rozmieszczenie pozyskanych w ten sposób zrębków.
Kłoda przy pomocy rolek prowadzących kłoda transportowana jest do góry gdy osiągnie maksymalną wysokość odbierana jest przez żuraw za pomocą którego drewno rozmieszczane jest w przestrzeni ładunkowej maszyny.
W pełni załadowana maszyna udaje się do punktu rozładunkowego. Rozładunek drewna poprzedza przesunięcie maszyny ścinającej oraz tunelu okrzesującego na przód maszyny. Pojazd obniża lot lub ląduje. Z tylnej części pojazdu zostaje wysunięta rampa po której załadowane drewno wytacza się na plac. W Przypadku pozyskiwania zrębków podłoga ładowni otwiera się i cały ładunek wysypuje się na plac.
Maszyna pomimo pełnego z komputeryzowania jest obsługiwana przez jedną osobę, której zadaniem jest kontrola parametrów maszyny oraz wprowadzanie ewentualnych korekt do programów sterujących. Operator maszyny pozostaje na stanowisku pracy przez około tydzień, kabina wyposażona jest w zaplecze socjalne. Podczas pracy nocą operator ma możliwość ustawienia w pełni automatycznego programu pozyskania surowca na danym terenie. Po wykonaniu zadania zostaje poinformowany o tym fakcie przez głośniki zamontowane w kabinie. Inne tryby pracy to sterowanie automatyczne wspomagane czynnikiem ludzkim oraz praca w całości sterowana ręcznie. Procedurę tę należ jednak wprowadzać tylko w szczególnych przypadkach.
Całość napędzana jest z dwóch niewielkich rozmiarów siłowni atomowych umieszczonych w centralnej części skrzydeł maszyny. Każda z nich zawiera dwa pręty paliwowe o średnicy 5 cm i długości 10 cm pozwalają one na nieprzerwaną pracę maszyny przez 10lat. Konieczność zmiany operatora oraz uzupełnienie zapasów pożywienia i wody wymusza krótkotrwałe lądowania w bazie raz na tydzień.
1