Struktura czasu i wydajność pozyskiwania i zrywki drewna w drzewostanach sosnowych przy użyciu harwardera Buffalo Dual
Artykuł dodano 16.09.2008
Rokrocznie dla zaspokojenia potrzeb gospodarczych kraju pozyskuje się określoną miąższość drewna. Powszechnie uważa się, że pozyskiwanie drewna za pomocą pilarek jest procesem ciężkim, niebezpiecznym i niezbyt wydajnym. Z tego powodu (już od lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku) obserwuje się w Polsce rozwój mechanizacji prac leśnych [Moskalik 2002].
Ma ona wielu zwolenników, ale także wielu przeciwników. Jedni i drudzy zgadzają się co do kwestii zasadniczej, a mianowicie, że praca w lasach powinna opierać się na dążeniu do utrzymania trwałości lasów oraz ciągłości użytkowania zasobów leśnych. Bezsporna jest więc konieczność prośrodowiskowego pozyskiwania drewna. Wiąże się to ze stosowaniem takich metod i środków, które powodują możliwie najmniejsze niekorzystne zmiany w środowisku leśnym, a jednocześnie zapewniają zdolność do pełnienia przez lasy - dzisiaj i w dalszej perspektywie - wszystkich ważnych ochronnych, gospodarczych i społecznych funkcji [Maciejewska 2005].
Jednym z rozwiązań technologicznych pozyskiwania surowca drzewnego jest stosowanie maszyn wielooperacyjnych, łączących w sobie możliwość wykonywania szeregu operacji przy jednoosobowej obsłudze. Obok pojawiających się już dość powszechnie w naszych lasach harvesterów i forwarderów można spotkać, choć jeszcze stosunkowo rzadko, maszyny wykonujące operacje ścinkowo-okrzesująco-przerzynające i jednocześnie pełniące funkcje ciągnika nasiębiernego. Są to harwardery.
Wprowadzaniu nowych technologii powinna równolegle towarzyszyć rejestracja i analiza osiąganych wyników i to zarówno w kategoriach zysków ekonomicznych, jak i ewentualnych start, poniesionych przy eksploatacji środowiska leśnego.
Wychodząc z tego założenia, podjęto próbę oceny wydajności mało znanego w Polsce harwardera Buffalo Dual firmy Ponsse, spodziewając się, że analiza zebranych wyników wskaże na celowość stosowania tej maszyny podczas wykonywania prac leśnych w polskich lasach.
Materiał i metody
Powierzchnię doświadczalną założono na terenie Nadleśnictwa Świebodzin, gdzie harwarder Buffalo Dual wykonywał prace na rzecz nadleśnictwa jako pierwsza tego typu maszyna w Polsce. Badaniami objęto 95-letni drzewostan sosnowy, w którym wykonywano zabieg trzebieży późnej.
Proces technologiczny z zastosowaniem harwardera obejmował czynności związane z pozyskaniem oraz transportem drewna. W ramach pozyskania surowca wyszczególniono operacje ścinki oraz okrzesywania i przerzynki. W ramach transportu wyszczególniono operację zrywki.
Na powierzchni trzebieżowej (1,5 ha) wyznaczono 4 szlaki operacyjne w odległości około 35 m. Odległość zrywki wahała się w przedziale od 10 m do 160 m. Wyrobione drewno: wielkowymiarowe o długości 3,80 m oraz średniowymiarowe o długościach 2,40 m i 1,80 m składowano przy drodze wywozowej.
Ocenę czasu pracy maszyny prowadzono zgodnie z normą BN-76/9195-01. Określono następujące wskaźniki techniczno-ekonomiczne: wydajność efektywną, wydajność operacyjną, wydajność w czasie roboczym zmiany, wydajność w ogólnym czasie zmiany
i w czasie zmiany kontrolnej, współczynnik pewności technicznej, współczynnik pewności technologicznej, współczynnik wykorzystania czasu roboczego zmiany oraz współczynnik wykorzystania ogólnego czasu zmiany.
Wyniki badań i ich analiza
Podstawą analizy wyników była fotografia dnia pracy maszyny. W ciągu 12-godzinnej zmiany roboczej pozyskano i zerwano 42 m3 drewna.
Podczas pozyskania surowca, maszyna wykonała 75 cykli (ścięto 75 drzew). W tabeli 1 przedstawiono wartości minimalne i maksymalne oraz średnie poszczególnych kategorii czasu pracy podczas pozyskania surowca.
Procentowy udział kategorii czasów roboczych w łącznym czasie zmiany kontrolnej (6h) podczas pozyskania surowca przedstawiono na
rysunku 1.
Czas efektywny (T1) w najkrótszym (53 s), przeciętnym (293 s) oraz najdłuższym cyklu (353 s) pozyskania surowca, stanowił odpowiednio 77%, 24% i 16%.
Podczas zrywki surowca maszyna wykonała 9 cykli, obejmujących jazdę pustą załadunek, jazdę ładowną i rozładunek drewna.
Tabela 1. Wartości znaczące (różne od zera) poszczególnych kategorii czasu pracy podczas pozyskania surowca przy użyciu harwardera Buffalo Dual (Table 1. Significant values (from zero different) of active time individual categories during wood harvesting with harwarder Buffalo Dual use)
Wyszczególnienie | Kategoria czasu | |||||
Czas efektywny T1 [min]
| Czas pomocniczy T2 [min] | Czas obsługi | Czas odpoczynku T5 [min] | Czas przejazdów transportowych T6 [min] | Czas obejmujący straty z przyczyn T8 [min] | |
Wartość minimalna | 0,38 | 0,20 | 3,00 | 5,00 | 3,00 | 4,00 |
Wartość | 1,70 | 4,95 | 65,00 | 20,00 | 36,67 | 8,33 |
Średnia | 1,16 | 1,69 | 19,00 | 12,50 | 19,83 | 6,17 |
Źródło: obliczenia własne autorów
Rys. 1. Procentowy udział kategorii czasów roboczych w łącznym czasie zmiany kontrolnej (6h) podczas pozyskania surowca przy użyciu harwardera Buffalo Dual (Fig. 1. Percent participation of working times categories in total check change time (6h) during wood harvesting with harwarder Buffalo Dual use)
W tabeli 2 przedstawiono wartości minimalne i maksymalne oraz średnie poszczególnych kategorii czasu pracy podczas zrywki surowca.
Procentowy udział kategorii czasów roboczych w łącznym czasie zmiany kontrolnej (6h) podczas zrywki surowca przedstawiono na rysunku 2.
Czas efektywny (T1) w najkrótszym (19 min), przeciętnym (40 min) oraz najdłuższym cyklu (55 min) zrywki surowca, stanowił odpowiednio stanowił 88%, 71% i 87%.
Tabela 2. Wartości znaczące (różne od zera) poszczególnych kategorii czasu pracy podczas zrywki surowca przy użyciu harwardera Buffalo Dual (Table 2. Significant values (from zero different) of active time individual categories during wood skidding with harwarder Buffalo Dual use)
Wyszczególnienie | Kategoria czasu | ||||
Czas efektywny T1 [min]
| Czas pomocniczy T2 [min] | Czas obsługi | Czas odpoczynku T5 [min] | Czas obejmujący straty z przyczyn | |
Wartość minimalna | 16,17 | 0,50 | 5,00 | 5,00 | 5,00 |
Wartość | 49,42 | 7,00 | 35,00 | 10,00 | 5,00 |
Średnia | 28,26 | 2,77 | 20,00 | 8,33 | 5,00 |
Źródło: obliczenia własne autorów
Rys. 2. Procentowy udział kategorii czasów roboczych w łącznym czasie zmiany kontrolnej (6h) podczas zrywki surowca przy użyciu harwardera Buffalo Dual (Fig. 2. Percent participation of working times categories in total check change time (6h) during wood skidding with harwarder Buffalo Dual use)
Na rysunku 3 przedstawiono udział poszczególnych kategorii czasu pracy podczas pozyskania i zrywki w ramach 12-godzinnej zmiany kontrolnej.
Czas operacyjny podczas pozyskania i zrywki drewna w trzebieży późnej stanowił 68% czasu zmiany kontrolnej. Samo pozyskanie surowca stanowiło 43% czasu operacyjnego.
Rys. 3. Struktura czasu zmiany kontrolnej podczas pozyskania i zrywki surowca w trzebieży późnej przy użyciu harwardera Buffalo Dual (Fig.3. The check change structure of time during wood harvesting and skidding in late thinning with harwarder Buffalo Dual use)
Na podstawie dokonanego pomiaru czasu, uwzględniając miąższość pozyskanego surowca, obliczono podstawowe wskaźniki techniczno-ekonomiczne (tabela 3).
Tabela 3. Wartości podstawowych wskaźników techniczno-ekonomicznych określonych na podstawie fotografii dnia roboczego dla harwardera Buffalo Dual (Table 3. Values of technical and economic basic indices on base of work day photo for harwarder Buffalo Dual calculated)
Wskaźnik | Pozyskanie | Zrywka | Pozyskanie |
Wydajność efektywna W1 | 28,77 m3·h-1 | 9,91 m3·h-1 | 7,37 m3·h-1 |
Wydajność operacyjna W02 | 12,00 m3·h-1 | 8,94 m3·h-1 | 5,12 m3·h-1 |
Wydajność w czasie roboczym zmiany Wo4 | 8,82 m3·h-1 | 7,82 m3·h-1 | 4,15 m3·h-1 |
Wydajność w czasie ogólnym zmiany W07 | 7,19 m3·h-1 | 7,25 m3·h-1 | 3,61 m3·h-1 |
Wydajność w czasie zmiany kontrolnej W08 | 6,95 m3·h-1 | 7,06 m3·h-1 | 3,50 m3·h-1 |
Współczynnik pewności technologicznej K41 | 1 | 1 | 1 |
Współczynnik pewności technicznej K42 | 1 | 1 | 1 |
Współczynnik wykorzystania czasu roboczego zmiany K04 | 0,31 | 0,79 | 0,56 |
Współczynnik wykorzystania ogólnego czasu zmiany K07 | 0,25 | 0,73 | 0,49 |
Źródło: obliczenia własne autorów
Wydajność operacyjna pozyskania kształtowała się na poziomie 12 m3·h-1, zaś zrywki na poziomie 9 m3·h-1. Wydajność operacyjna uzyskana w czasie operacyjnym dla całego procesu technologicznego kształtowała się na poziomie 5 m3·h-1 Współczynniki pewności technicznej i technologicznej równe jedności oznaczały brak jakichkolwiek usterek podczas pozyskania i zrywki drewna.
Przedstawione w pracy wartości wskaźników techniczno - ekonomicznych, charakteryzujących pracę harwardera, mogą być nieco zaniżone. Zabieg trzebieży, jaki wykonywała maszyna, był pierwszym tego typu zabiegiem, w krótkiej historii jej pracy w nadleśnictwie Świebodzin.
Do tego czasu harwarder pracował głównie na zrębach zupełnych. Ponadto operatorzy obsługujący maszynę nie mieli długiego stażu pracy na stanowisku operatora maszyn wielooperacyjnych.
Na rozbieżność między czasami cykli minimalnych i maksymalnych wpływała przede wszystkim, w przypadku pozyskania długość czasu wykonywania czynności pomocniczych (T2) - czas podjazdu do drzewa, czas obejmujący korygowanie ustawienia głowicy, w przypadku zrywki surowca - czas załadunku (T1), zależny od ilości i wymiarów ładowanych sortymentów.
Gdyby czas obejmujący pozyskane w czasie zmiany kontrolnej drzewa (75 sztuk) odnieść do czasów, które maszyna uzyskała podczas cykli najkrótszych (najdłuższych) pozyskania jednej sztuki, wówczas w czasie analizowanej 6-godzinnej zmiany kontrolnej maszyna mogłaby pozyskać 407 (61) drzew. Podobnie w przypadku zrywki, odnosząc czas jej trwania do czasów, które maszyna uzyskała podczas cykli najkrótszych (najdłuższych), przy założeniu, że średnia objętość ładunku stanowiła 4,67m3, wówczas harwarder w czasie analizowanej 6-godzinnej zmiany kontrolnej mógłby zerwać 84 (28) m3.
Pomijając elementy niezależne od maszyn (rodzaj i ilość pozyskiwanego surowca, warunki drzewostanowe, organizacje pracy itp.), a wpływające na wartość osiąganej wydajności, ustalono, że wydajność pracy harvestera na powierzchniach trzebieżowych w czasie roboczym zmiany kształtuje się na poziomie 9 m3·h-1 [Więsik 2000; Moskalik 2002], natomiast forwarder osiąga wydajność rzędu 11 m3·h-1 [Zychowicz 2000; Maciejewska 2005]. Badania prowadzone w Szwecji i Niemczech nad wydajnością pracy harwarderów pokazują, że w drzewostanach trzebieżowych, maszyna ta jest w stanie osiągać wydajność na poziomie 6 m3·h-1 [Moskalik 2003a, 2003b].
Uzyskane podczas prowadzonych badań wyniki wydajności w czasie zmiany roboczej kształtowały się, w przypadku pozyskiwania surowca na poziomie 9 m3·h-1, w przypadku zrywki na poziomie 8 m3·h-1, a wydajność pozyskaniowo - zrywkowa na poziomie 4 m3·h-1. Powyższe wielkości dowodzą, że harwarder jest w stanie zrównoważyć pracę harvestera i forwardera oraz pracując wyłącznie jako harvester bądź forwarder, może pracować równie wydajnie jak te maszyny.
Efektywność prac w systemie harvester - forwarder opiera się na wydajności osiąganej przez maszynę zrywkową. Jest ona niższa niż wydajność harvestera. W celu uzyskania wyższej wydajności wykorzystuje się fakt, iż maszyny te mogą pracować (ale nie muszą) równocześnie na danej powierzchni. Z jednej strony wspólna praca obu maszyn, eliminująca konieczność powtórnego wjazdu maszyn na powierzchnię, stwarza duża przewagę czasową nad pracą harwardera. Z drugiej strony harvester osiągający dwukrotnie większą wydajność może kontynuować swoja pracę na kolejnych powierzchniach podczas gdy forwarder kończy pracę na pierwszej. Praca harwardera opiera się na dwukrotnym wjeździe na powierzchnię przy braku możliwości jednoczesnego wykonywania prac pozyskaniowo - zrywkowych. Upodabnia się zatem do pracujących kolejno harvestera i forwardera.
Z tego powodu nie należy pokładać w takiej maszynie nadziei na to, że dorówna ona wynikom osiąganym przez harvester i forwarder pracujące jednocześnie. Nie wyklucza to jednak możliwości konkurowania harwardera z harvesterem i forwarderem, pracującymi na powierzchni kolejno.
Wnioski
Harwarder jest w stanie zrównoważyć pracę harvestera i forwardera. Także pracując wyłącznie w wersji harvester bądź forwarder może być równie wydajny jak te maszyny. Uzyskane wartości wydajności pozyskania i zrywki surowca przy użyciu harwardera Buffalo Dual korespondują z wartościami osiąganymi przez stosowane w naszym kraju harvestery i forwardery.
Bibliografia
Maciejewska H. 2005. Ocena przydatności harwardera Buffalo Dual podczas pozyskiwania
i zrywki surowca w drzewostanach sosnowych w oparciu o podstawowe wskaźniki pracy.
Maszyn. Pr. magister. Kat. Techn. Leśn. AR Poznań. s. 114.
Moskalik T. 2003a. Harwardery w leśnictwie. Las Polski 3. Wyd. spec. s. 26-27.
Moskalik T. 2003b. Rozwój oraz możliwości zastosowania harwarderów w leśnictwie. PTRiL 2. s.13-17.
Moskalik T. 2002. Rozwój techniki i technologii maszynowego pozyskiwania drewna. Sylwan 10. s.31-38.
Więsik J. 2000. Czy w Polsce będą użytkowane harwestery? Stan i perspektywy badań z zakresu użytkowania lasu. IBL. s. 225-232.
Zychowicz W. 2000. Ocena wykorzystania forwarderów użytkowanych w Polsce. Stan i perspektywy badań z zakresu użytkowania lasu. IBL. s. 233-239.
BN-76/9195-01. Maszyny rolnicze. Podział czasu pracy. Symbole i określenia.
Autorzy: Katarzyna Glazar, Hanna Maciejewska, Katedra Techniki Leśnej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
Oryginał: Glazar K., Maciejewska H. 2008. Struktura czasu i wydajność pozyskiwania i zrywki drewna w drzewostanach sosnowych przy użyciu harwardera Buffalo Dual. Inżynieria Rolnicza. PTIR. Kraków. 1(99): 111-118.
