Wydajność efektywna wybranych maszyn zrębkujących stosowanych w polskich lasach

Istnieje szereg rozwiązań różnicujących użytkowane w lasach maszyny zrębkujące. Jednym z nich jest zastosowanie elementu roboczego w postaci tarczy lub bębna, wyposażonych w określoną liczbę noży. Kolejnym: ręczny bądź maszynowy sposób podawania surowca do gardzieli. Celem przeprowadzonych badań było określenie wydajności efektywnej wybranych maszyn zrębkujących pracujących na terenie PGL LP. Badaniami objęto następujące maszyny zrębkujące: Bandit 1400, DVWD-117 zawieszoną na ciągniku Ursus 912 (rębarki tarczowe), Bruks 1002CT oraz Bruks 800CT, Vermeer BC1800A (rębarki bębnowe). Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że zdecydowanie najwyższymi wartościami wydajności efektywnej charakteryzowały się rębarki bębnowe z mechanicznym podawaniem surowca. Z kolei najmniej wydajne okazało się zrębkowanie z zastosowaniem maszyny Vermeer BC 1800A, z ręcznym podawaniem surowca.

Wprowadzenie

Maszyny zrębkujące to maszyny przeznaczone do rozdrabniania drewna poprzez jego przecinanie w poprzek włókien. W efekcie tego zabiegu powstają zrębki, stanowiące cząstki drewna o wymiarach mieszczących się w granicach od kilku milimetrów do kilkunastu centymetrów. Zrębki w zależności od gatunku drewna, wymiarów, własności mogą stanowić surowiec do produkcji płyt wiórowych, pilśniowych, do produkcji celulozy, ekstrakcji żywicy i garbników, a także stanowić materiał przeznaczany na cele opałowe.

Pracujące w leśnictwie i przemyśle drzewnym maszyny zrębkujące, ze względu na swoją mobilność, dzielą się na stacjonarne i przewoźne. Stacjonarne maszyny zrębkujące stosuje się w zakładach przemysłowych, na dużych składnicach manipulacyjno-spedycyjnych oraz niekiedy przy instalacjach przeznaczonych do spalania zrębków opałowych. Do produkcji zrębków w lesie oraz na mniejszych składnicach manipulacyjnych służą maszyny przewoźne.

Stosowane na świecie rębarki przewoźne to urządzenia:

• doczepiane do ciągnika (zamontowane na własnym podwoziu typu przyczepy lub półprzyczepy),
• zawieszane na ciągniku (zazwyczaj z tyłu),
• montowane na przegubowym ciągniku leśnym typu forwarder lub na specjalistycznym podwoziu leśnym,
• montowane na samochodzie (zwykle wysokotonażowym),
• montowane na podwoziu maszyny budowlanej (koparki, ładowarki) lub innej maszyny samobieżnej (kombajnie rolniczym).

W zależności od rodzaju podwozia zastosowanej maszyny bazowej, rębarki przewoźne mogą poruszać się po różnego rodzaju podłożu. Według tego kryterium maszyny zrębkujące można podzielić na poruszające się:

• wyłącznie po drogach utwardzonych (zamontowane na samochodzie wysokotonażowym),
• po drogach leśnych gruntowych i szlakach technologicznych (doczepione i zawieszone na ciągniku),
• po zrębach (zamontowane na forwarderze lub innym podwoziu leśnym, w pewnym zakresie również doczepiane i zawieszane na ciągniku rolniczym lub maszynach budowlanych).

Ze względu na rodzaj obrabianego surowca rębarki można podzielić na przeznaczone do rozdrabniania: tyczek i żerdzi, gałęzi, koron i gałęzi, całych drzew. Niektóre typy rębarek umożliwiają rozdrabnianie więcej niż jednego z wymienionych rodzajów surowca.

Do końca lat siedemdziesiątych prawie całą ilość zrębków pozyskiwano w Polsce w oparciu o maszyny produkcji Reszelskiego Zakładu Przemysłu Maszynowego Leśnictwa: DVPA-100 (holowana na ciągniku) i DVCA-100/N, oznaczana też symbolem DVWA-100 (zawieszana na ciągniku). Elementem roboczym wymienionych rębarek była 4-nożowa tarcza. W 1977 roku produkcję rębarek leśnych przejęła Żnińska Fabryka Maszyn i Urządzeń „Żefam" [Rzadkowski 1995] (od 1995 roku KÖHLER + BOVENKAMP - Polska Sp. z o.o. w Żninie).

Na terenie PGL LP można spotkać między innymi następujące typy maszyn zrębkujących:

    a) stosowane w cięciach pielęgnacyjnych:

        - DVWB-112 (produkcji polskiej „Żefam" - Żnin),

        - DVWC-112 (produkcji „Żefam" - Żnin),

        - DVWD-117 (produkcji „Żefam" - Żnin),

        - agregat zrębkujący DXZA (produkcji „Żefam" - Żnin),

        - Bandit 1400 (produkcji USA),

        - Vermeer BC1800A (produkcji USA);

  b) stosowane w cięciach rębnych:

        - DVUA-76 (produkcji „Żefam" - Żnin),

        - DVEA (produkcji. „Żefam" - Żnin);

  c) rębarki uniwersalne:

       - Bruks 800CT (produkcji Szwecja),

       - Bruks 1002CT (produkcji Szwecja).

Maszyny zrębkujące DVWB-112, DVWC-112, DVWD-117, DVUA-76, agregat DXZA oraz maszyna Bandit 1400 to maszyny, w których elementem roboczym jest tarcza, 4- lub 2-nożowa (DVUA-76). Pozostałe z wyżej wymienionych to rębarki bębnowe, 2- lub 4- nożowe (DVEA). Wymienione rębarki tarczowe produkcji polskiej współpracują z ciągnikami klasy 1,4 i wymagają ręcznego podawania surowca do gardzieli. Wyjątek stanowi agregat zrębkujący DXZA, współpracujący z ciągnikiem klasy 2,0, który jest pierwszą polską maszyną ze zmechanizowanym systemem podawania surowca (tyczki lub żerdzie podawane są do układu podawczego żurawiem). Także rębarki: Bandit 1400, Bruks 800CT i Bruks1002CT charakteryzują się mechanicznym podawaniem surowca; dwie ostatnie to rębarki samojezdne zamontowane na podwoziu forwardera. W przypadku rębarki Bandit 1400 (podobnie jak w rębarce Vermeer BC1800A), do przemieszczania z miejsca na miejsce niezbędny jest ciągnik klasy 1,4. Napęd elementów roboczych (w rębarce Bandit 1400 także napęd układu podawczego oraz żurawia hydraulicznego) realizowany jest za pośrednictwem własnego silnika.

Materiał i metody

W celu określenia wydajności efektywnej wybrano 5 modeli maszyn zrębkujących stosowanych na terenie PGL Lasy Państwowe. Podstawowe parametry techniczno-eksploatacyjne analizowanych rębarek przedstawiono w tabeli 1.

Zrębkowaniu poddano materiał pozyskany w wyniku cięć pielęgnacyjnych, prowadzonych w drzewostanach sosnowych II i III klasy wieku. Materiał, w postaci tyczek i żerdzi (długości ok. 4,5 m - M₁, S_3a), zrębkowano przy drogach wywozowych. Surowiec przeznaczony do zrębkowania układano w stosy, formowane równolegle do drogi. W jednym przypadku materiał układano w stosy formowane prostopadle do drogi wywozowej. Tak przygotowywano drewno na powierzchni, na której operację zrębkowania prowadzono przy użyciu rębarki Bruks 1002CT (ryc. 1).

Tabela 1. Podstawowe parametry techniczno-eksploatacyjne analizowanych maszyn zrębkujących

Table 1. Basic technical and exploitation parameters of analyzed chippers

Źródło: Dokumentacja techniczna w/w maszyn zrębkujących.

Prace badawcze prowadzono na terenie Nadleśnictw: Kliniska, Ośno Lubuskie, Rzepin (RDLP Szczecin), Wejherowo (RDLP Gdańsk) oraz Krzystkowice (RDLP Zielona Góra).

Ryc. 1. Maszyna zrębkująca Bruks 1002CT podczas zrębkowania (fot. K. Glazar)
Fig. 1. Bruks 1002 CT chipper machine, during chipping (fot. K Glazar)

Ryc. 2. Zrębkowanie surowca przy użyciu maszyny zrębkującej Vermeer BC1800A (fot. K. Glazar)
Fig. 2. Wood chipping with use of Vermeer BC1800A (fot. K. Glazar)

Ryc. 3. Zrębkowanie przy użyciu maszyny zrębkującej Bandit 1400 (fot. K. Glazar)
Fig. 3. Wood chipping with use of Bandit 1400 (fot. K.Glazar)
 

W celu określenia wydajności efektywnej wybranych maszyn zrębkujących posłużono się poniższą formułą:         

gdzie:

W₁ - wydajność efektywna zrębkowania,

Q - ilość zrębkowanego surowca,

T₁ - efektywny czas zrębkowania.

Pomiaru efektywnego czasu pracy, czyli czasu, w ciągu którego maszyna obrabia lub przetwarza, zgodnie z przeznaczeniem, przedmiot pracy, a jej zespoły robocze znajdują się pod obciążeniem [Laurow 1999], dokonywano przy użyciu sekundomierza, z dokładnością do 1 sekundy.

Wyniki badań

W wyniku zrębkowania pozyskano łącznie 314 m³ zrębków. Uzyskane wartości wydajności efektywnej analizowanych maszyn przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 2. Wydajność efektywna analizowanych maszyn zrębkujących
Table 2. Effective performance of analyzed chippers

Zdecydowanie najwyższymi wartościami wydajności efektywnej charakteryzo­wały się rębarki bębnowe z mechanicznym podawaniem surowca. Średnia wartość wydajności efektywnej w przypadku tych maszyn kształtowała się na poziomie 40 m³/h. Wydajnością o 65% niższą charakteryzowała się operacja zrębkowania przy użyciu maszyn zrębkujących Bandit 1400, przy czym odnotowano o ponad 50% (!) niższą wartość wydajności w zrębkowaniu prowadzonym na terenie Nadleśnictwa Wejherowo. Najmniej wydajne okazało się zrębkowanie z zastosowaniem maszyny Vermeer BC1800A, z ręcznym podawaniem surowca (ryc. 2).

Dyskusja

Z przeprowadzonych badań wynika, iż większy wpływ na wzrost wydajności efektywnej zrębkowania drewna ma sposób podawania surowca do gardzieli niż zastosowany element roboczy w postaci tarczy bądź bębna. Wyjątek stanowiła wartość wydajności uzyskana w przypadku maszyny Bandit 1400 pracującej na terenie N-ctwa Wejherowo, która okazała się niższa od wartości wydajności zrębkowania uzyskanej przy użyciu rębarki DVWD-117, zręcznym podawaniem surowca. Na otrzymany wynik, w przypadku wspomnianej powierzchni, różniący się o ponad 50% od wartości uzyskanej na terenie N-ctwa Kliniska, miało wpływ w dużym stopniu doświadczenie operatora rębarki. Obsługa rębarki typu Bandit 1400 wymaga od operatora umiejętności między innymi sprawnego operowania sterownikami, umożliwiającymi obsługę żurawia, co nie pozostaje bez wpływu na uzyskiwane wyniki wydajności zrębkowania.

Ponadto należy zwrócić uwagę na fakt, że analizowane maszyny nie były maszynami nowymi. Poddanie analizie porównawczej maszyn nowych pozwoliłoby na uzyskanie wyników nie obarczonych zużyciem i awaryjnością.

W przypadku maszyn typu Bruks nie bez znaczenia pozostaje sposób ułożenia surowca przeznaczonego do zrębkowania. Ułożenie surowca w stosy formowane prostopadle do drogi, po której porusza się rębarka, zdecydowanie ułatwia przebieg operacji, co wpływa na uzyskiwanie wysokiej wydajności. Na terenie N-ctwa Rzepin stosy zostały ułożone równolegle do kierunku przemieszczania się rębarki. Utrudniało to znacznie podawanie surowca do gardzieli, wydłużyło czas załadunku, a w konsekwencji znacznie zmniejszyło wydajność.

Uzyskane wyniki wydajności rębarek marki Bruks korespondowały z wynikami Jóźwiaka [1989] i Jakubanis [1992].

Dokonując wyboru maszyny zrębkującej, warto wziąć pod uwagę analizowaną w pracy wydajność efektywną zrębkowania. Należy przy tym zaznaczyć, że uzyskiwana stosunkowo duża wydajność zrębkowania wiąże się z dość wysokim kosztem tych maszyn. I tak przykładowo cena maszyny zrębkującej typu Bruks kształtuje się na poziomie 2 000 000 zł, podczas gdy zakup rębarki typu DVWD-117 to wydatek rzędu 20 000 zł.

Pamiętać należy także o aspekcie ergonomicznym i bezpieczeństwie pracy osób obsługujących rębarkę. Maszyny wyposażone w ergonomiczną, klimatyzowaną kabinę, przyjazne środowisku, bez wątpienia będą wypierały rębarki, które nie spełniają tych warunków. Spotykane w lasach maszyny z ręcznym podawaniem surowca są szczególnie niebezpieczne ze względu na możliwość odbicia podawanego surowca i zranienia operatora. Z kolei obsługa maszyny typu Bandit 1400 wymaga od operatora pozycji stojącej, lekko pochylonej, która nie spełnia podstawowego kryterium ergonomicznego (ryc. 3.).

Dostosowując się do dyrektyw Unii Europejskiej, wskazujących na potrzeby wzrostu udziału odnawialnych nośników energii w ogólnym bilansie energetycznym kraju, warto zastanowić się nad powszechniejszym wykorzystywaniem zrębków do celów grzewczych. Poza pozyskiwaniem na potrzeby energetyczne tyczek i żerdzi, wzorem innych krajów, należy wziąć pod uwagę możliwość zwiększenia udziału gałęzi i pozostałości zrębowych w ogólnym bilansie biomasy przeznaczanym na cele energetyczne.

Wnioski

1. Z przeprowadzonych badań wynika, że większy wpływ na wzrost wydajności efektywnej zrębkowania ma sposób podawania surowca do gardzieli niż zastosowany element roboczy w postaci tarczy bądź bębna.
2. Doświadczenie i umiejętności operatora mają istotny wpływ na przebieg operacji zrębkowania, a tym samym na wartość jej wydajności.
3. Przy dokonywaniu operacji zrębkowania z użyciem maszyn zrębkujących typu Bruks istotne znaczenie ma kierunek ułożenia surowca przeznaczonego do zrębkowania (prostopadle do drogi, po której porusza się rębarka).

Literatura

• Jakubanis A. 1992. Badania porównawcze rębarek Bruks 1002CT i Bruks 800CT przy zrębkowaniu drewna w trzebieżach wczesnych drzewostanów sosnowych. Praca magisterska, maszynopis, Katedra Mechanizacji Prac Leśnych, AR Poznań.
• Jóźwiak P. 1989. Badania eksploatacyjne rębarki Bruks 1002CT przy zrębkowaniu okrzesanych tyczek i żerdzi sosnowych. Praca magisterska, maszynopis, Katedra Mechanizacji Prac Leśnych, AR Poznań.
• Laurow Z. 1999. Pozyskiwanie drewna. Wydawnictwo SGGW, Warszawa.
• Maciejewska K. 2003. Ocena efektywności procesów technologicznych pozyskiwania zrębków energetycznych z cięć pielęgnacyjnych drzewostanów sosnowych. Praca doktorska, maszynopis, Katedra Techniki Leśnej, AR Poznań.
• Rzadkowski S. 1995. Zrębkowanie drewna w lesie. Biblioteczka Leśniczego 48, Wydawnictwo Świat, Warszawa.

Autorzy

Katarzyna GLAZAR, Roman WOJTKOWIAK  

Katedra Techniki Leśnej Akademia Rolnicza im. A. Cieszkowskiego w Poznaniu

Źródło 

POLSKA AKADEMIA UMIEJĘTNOŚCI, PRACE KOMISJI NAUK ROLNICZYCH, LEŚNYCH I WETERYNARYJNYCH, tom nr 9/2007

Użytkowanie maszyn rolniczych i leśnych, KRAKÓW 2007  (ISSN 1733-5183)