Системы машин и условия их эффективного применения

СИСТЕМЫ МАШИН И УСЛОВИЯ  

ИХ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ 

 
 
 

Допущено УМО в качестве учебного пособия для студентов вузов,  
обучающихся по направлениям подготовки магистрантов 35.04.02 

«Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих  
производств» по профилю Лесной бизнес и бакалавров 35.03.02  
«Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих  

производств» по профилю Леспопромышленный бизнес 

 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

ПГТУ 
2016 

УДК 630*9:630*6 
ББК  43.9 

С 41 

 

А в т о р ы :   
Ю. А. Ширнин – руководитель аворского коллектива (предисловие, введение, 
разделы 1, 2, 3, 4.1-4.5, 5, 7, 8, 9.1-9.9, заключение, контрольные вопросы, приложения 1.2, 3.1-3.3, 4-11); 
Е. М. Царев (разделы 4.6, 6, глоссарий, контрольные вопросы, приложения 3.4, 
12, 13); 
С. Е. Анисимов (разделы 6, 9.10, 9.11, глоссарий, контрольные вопросы, приложения 3.4, 12, 13); 
А. Ю. Ширнин (раздел 9.12, приложения 14, 15) 

 

Р е ц е н з е н т ы :  
М. Ю. Смирнов, д-р техн. наук, профессор, кафедры транспортнотехнологических машин ПГТУ 
А. В. Лабинов, директор ООО «Прогресс» 

 
 
 
 

Системы машин и условия их эффективного применения: 

учебное пособие / Ю. А. Ширнин [и др.]. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2016. – 268 с. 
ISBN 978-5-8158-1718-0 

 

В учебном пособии представлены системы машин для лесного хозяйства, лесо
сечных и лесоскладских работ, а также лесоперерабатывающих цехов. Особое внимание уделено системам машин для использования низкокачественной древесины 
и отходов. Подробно описаны вопросы проектирования на всех этапах работ машин в условиях их эффективного применения.  

Издание предназначено для аспирантов, обучающихся по специальности 

05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», а также магистрантов и бакалавров направления подготовки «Технология лесозаготовительных 
и деревоперерабатывающих производств», кроме того, может быть полезным инженерно-техническим работникам, организаторам производства и специалистам, 
работающим в лесной отрасли. 

УДК 630*9:630*6 
ББК 43.9 

 

ISBN 978-5-8158-1718-0 
© Ю. А. Ширнин, Е. М. Царев,  
С. Е. Анисимов, А. Ю. Ширнин, 2016 
© Поволжский государственный 

технологический университет, 2016 

С 41 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Целью освоения дисциплины «Системы машин и условия их 

эффективного применения» является достижение следующих результатов образования (РО): 

 знания: 
- современных проблем научно-технической политики в области 

технологии лесозаготовок;  

- способов эксплуатации технологического оборудования;  
- пакетов прикладных программ для расчетов по обоснованию пара
метров лесозаготовительных машин; 

- методов осуществления технико-экономического обоснования ин
новационных проектов, связанных с внедрением систем лесозаготовительных машин на предприятиях;  

- современных достижений науки и передовой технологии в научно
исследовательских работах;  

- основных принципов формирования систем машин и лесовосста
новлении 
на 
лесозаготовках 
с 
учетом 
конкретных 
природно
производственных условий; 

- нормативных документов по составлению практических рекомен
даций по использованию результатов научных исследований и представлению результатов исследований в формах отчетов, рефератов, 
публикаций и публичных обсуждений 

 умения:  
- подбирать системы лесозаготовительных машин и лесоскладского 

оборудования с учетом конкретных производственных условий;  

- составлять технологические процессы и режимы их эффективного 

использования для выбранных систем машин;  

- использовать современные достижения науки и передовой техно
логии в научно-исследовательских работах  

 владения:  
- технико-экономическими расчетами для определения эффективно
сти выбранных систем машин; 

- пакетами прикладных программ для расчетов эффективного ис
пользования систем машин; 

- нормативными документами по составлению практических реко
мендаций по использованию результатов научных исследований и 
представлению результатов исследований в формах отчетов, рефератов, 
публикаций и публичных обсуждений. 

Перечисленные результаты образования являются основой для фор
мирования следующих компетенций: 

 профессиональных 
ПК-2 эксплуатировать технологическое оборудование;  
ПК-7 осуществлять технико-экономическое обоснование инноваци
онных проектов;  

ПК-17 оценивать риск и определять меры по обеспечению безопас
ности разрабатываемых новых технологий и изделий из древесины и 
древесных материалов;  

ПК-22 применять методы анализа вариантов, разработки и поиска 

компромиссных решений.  

Дисциплина «Системы машин и условия их эффективного примене
ния» относится к общенаучному циклу к дисциплинам по выбору студентов. 

Содержание данной дисциплины является логическим продолжени
ем материала других дисциплин: («Актуальные проблемы технологических процессов лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», «Обоснование параметров и режимов работы лесозаготовительных машин») и призвано служить основой для освоения следующих 
курсов: «Теория переместительных операций на лесозаготовках», «Организация лесопромышленного производства». 

Авторы выражают признательность рецензентам данной книги: про
фессору Поволжского государственного лесотехнического университета 
М. Ю. Смирнову, директору ООО «Прогресс» А. В. Лабинову. Их советы и замечания, несомненно, способствовали улучшению структуры и 
содержания рукописи. 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 
Настоящее учебное пособие предназначено для аспирантов, обуча
ющихся по специальности 05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», а также для студентов вузов, обучающихся по 
направлению подготовки дипломированных магистров (35.04.02) и бакалавров (35.03.02) направления «Технология лесозаготовительных и 
деревоперерабатывающих производств». 

Основным видом лесопользования в настоящее время является аренда 

участков лесного фонда. Условия аренды предполагают, что наряду с лесозаготовками, лесопользователь должен заниматься также и лесовосстановлением, в частности рубками ухода за лесом. При этом необходимо 
соблюдать экологические требования по сохранению лесной среды. 

Сегодня снижение объемов лесозаготовительных предприятий при
вело к пересмотру сложившихся технологических процессов, в которых 
доминировала технология с вывозкой хлыстов. Все большую значимость приобретают заготовка и вывозка сортиментов, и есть уже примеры лесопиления в процессе лесосечных работ. 

Произошли также кардинальные изменения в техническом оснаще
нии лесосечных работ. Кроме того, на российском рынке появилось достаточно большое число новых отечественных производителей лесосечного оборудования. Все это актуализирует необходимость глубокого и 
сознательного освоения изучаемой дисциплины. 

Учитывая, что наряду с лекциями учебным планом по дисциплине 

предусмотрены практические занятия, в пособии приведены примеры 
практических расчетов по определению производительности машин и 
др., что призвано способствовать формированию и закреплению необходимых практических навыков. 

Процессы лесозаготовительных и лесовосстановительных работ пред
ставляют собой различное сочетание двух видов операций: обрабатывающих (меняющих форму и качество предметов труда) и переместительных (самостоятельных и связанных с обрабатывающими). При выполнении обрабатывающих операций перемещаться может режущий инструмент, а предмет труда неподвижен, или наоборот. В отдельных видах 
технологического оборудования возможно совмещение. В связи с этим 
для изучения материала рекомендуется прежде всего уяснить цель и алгоритм выполнения каждой операции или алгоритм функционирования 
машины. Приведенные в конце книги контрольные вопросы, которые по 
существу являются содержанием программы, и достаточно обширный 
глоссарий по каждой теме помогут организовать самостоятельную работу 
по изучению материала и осуществлять самопроверку знаний. 

1 

ВВЕДЕНИЕ В АНАЛИЗ  

СИСТЕМ МАШИН 

1.1.СИСТЕМЫ МАШИН В ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ 

Под системами машин понимается совокупность машин различного 

функционального назначения, предназначенная для выполнения определенного технологического процесса и имеющая в своем составе машины с согласованными техническими и технологическими параметрами. На лесозаготовках предметом труда является стоящее в составе древостоя дерево 1 (рис. 1.1). Конечным продуктом могут быть: хлыст 2, 
круглый лесоматериал 3, пиломатериал 4, щепа 5. 

 

 

Рис. 1.1. Преобразование 

предмета труда

1

2
3

4

5

В зависимости от конечного продукта назначается число операций 

в технологическом процессе, а от этого зависит число машин в системе. Согласно последнему лесному кодексу арендатор наряду с лесозаготовками должен также вести лесовосстановительные работы, а кроме того, работы по созданию лесной инфраструктуры (лесных дорог, 
складов и т.д.). В связи с этим для конкретных целей существует целый ряд систем машин, представленных на рис. 1.2. 

 

 

Рис. 1.2. Варианты систем машин в лесохозяйственной и лесной промышленности 
 
Наполняя определенный технологический процесс машинами, сле
дует иметь в виду, что объединить машины в систему целесообразно 
тогда, когда результаты работ машин на каждой последующей операции 
будет зависеть от результатов работы машины на предыдущей операции 
или нескольких операций (если машина многооперационная). Поэтому 
основное правило в подборе машин в систему – это снятие противоречий (нестыковок) между машинами в системе. Иногда это можно сделать с помощью организационных или технологических мероприятий. 
Но главным для эффективной работы является правильный подбор машин в системе. При подборе машин необходимо руководствоваться 
определенными ограничениями: 

1) финансовыми – отпущена вполне определенная сумма; 
2) экологическими – необходимо сохранение лесной среды; 
3) техническими – связанными с тем, что каждая машина в системе 

должна иметь одинаковые параметры обрабатываемого предмета труда; 

Добыча и воспроизводство древесных ресурсов

Технологии
Системы машин

Системы машин в 

лесном хозяйстве

Системы машин 

для строительства 

лесных дорог

Системы машин 

для лесосечных 

работ

Системы машин на 

транспорте леса

Системы машин 

для лесоскладских 

работ

Системы машин 

для деревообра
ботки

4) эксплуатационными – единое базовое шасси машин в системе 

или машины, выпущенной одной фирмой. 

В этом случае облегчается и удешевляется процедура технического 

обслуживания и ремонта. 

На лесозаготовках применяется два вида операций: переместитель
ные и обрабатывающие, а применяемые машины могут быть одно- и 
многооперационными – совмещают в себе либо только переместительные (пакетировочно-трелевочно-сортировочная машина – форвадер), 
либо только обрабатывающие (например: сучкорезно-раскряжевочные 
машины). Но бывают машины, совмещающие в себе и обрабатывающие, и переместительные операции. При конструировании многооперационных машин важно рассчитать энергозатраты и минимизировать их, 
поскольку не на всех операциях все рабочие органы машины заняты. 
Например, во время трелевки манипулятор и ЗСУ трелевочной машины 
составляют всего-навсего балласт, на перемещение которых затрачивается энергия. 

Существует общая тенденция: при малых объемах производства це
лесообразно иметь одну многооперационную систему, при больших – 
лучше уменьшать количество операций в одной машине и загружать 
получающийся комплект по полной. 

1.2.  СИСТЕМАТИЗАЦИЯ  

ПРИРОДНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ  УСЛОВИЙ 

На различных стадиях создания лесозаготовительных машин, обос
нования их технико-экономических параметров, при рациональном распределении машин по районам и предприятиям отрасли необходимы 
знания и учет различных факторов: природно-производственных, включая климатические, рельефные и почвенно-грунтовые условия и таксационные характеристики древостоев; лесохозяйственных с требованиями лесовосстановления и лесовыращивания; социально-экономических, 
содержащих информацию о перспективах развития регионов, их обеспеченности рабочей силой и др.; наличия мощностей по переработке 
древесины и т. д. Безусловно, что выделение главных, наиболее значимых факторов, оказывающих существенное влияние на работу лесозаготовительных машин,   представляет  значительную трудность, что можно иллюстрировать следующим примером.  

В табл. 1.1-1.3 показаны результаты анализа вероятностного влияния 

(только природных факторов) на работу машин одной из фаз процесса – 
лесосечных работ. Для удобства и анализа эти машины представлены 

несколькими группами. В первую из них включены валочные, валочнопакетирующие и валочно-трелевочные; во вторую – трелевочные; в третью – сучкорезные и сучкорезно-раскряжевочные. Кроме того, работа 
каждой группы машин охарактеризована элементами цикла заготовки 
(обработки) одного дерева, при этом для однозначной трактовки элементов для них введены фиксажные точки. Обозначение факторов показано на рис. 1.3 и в табл. 1.1. 

 

 

Рис. 1.3. Состав основных природно-производственных факторов, оказывающих  

существенное влияние на работу лесозаготовительных машин 

 

Таблица 1.1А 

Фиксажные точки технологических операций 

Элементы цикла 
заготовки дерева 
валочными, валочно-пакетирующими 

и валочно
трелевочными 

машинами 
и операции

Фиксажные точки

Природные 

факторы

Начало
Конец

Переезд машины 
(перевод технологических органов) 
от дерева к дереву

Начало движения 
машины (узла) от 
места повала (пакетирования) предыдущего дерева к 
следующему

Начало подачи режущего узла для 
срезания дерева

Ф11, Ф13, Ф21, 
Ф22, Ф24, Ф25, 
Ф26, Ф28, Ф29

Породный состав 
древостоя, ф23

Окончание табл. 1.1А 

Элементы цикла 
заготовки дерева 
валочными, валочно-пакетирующими 

и валочно
трелевочными 

машинами 
и операции

Фиксажные точки

Природные 

факторы

Начало
Конец

Срезание дерева
Начало подачи 
режущего узла для 
срезания дерева

Начало валки (переноса, 
укладки) дерева

Ф11,Ф13, 
Ф27

Сбор пачки (валка, 
перенос, укладка 
дерева)

Начало валки (переноса, укладки) 
дерева

Начало движения машины 
(технологического узла) 
от места валки (пакетирования) предыдущего дерева 
к следующему

Ф11, Ф12, 
Ф14, Ф15, Ф 
26

Трелевка пачки 
(грузовой ход)

Начало движения 
машины после 
сбора пачки
к погрузочной 
площадке

Остановка машины на 
погрузочной площадке для 
сброса пачки

Ф21, Ф24, 
Ф25, Ф29

Сброс пачки и 
выравнивание 
торцов комлей

Остановка машины 
на погрузочной 
площадке 
для сброса пачки

Начало движения машины 
на лесосеку

Ф11, Ф14, 
Ф15

Холостой ход
Начало движения 
машины на лесосеку

Остановка машины 
на лесосеке для очередного 
цикла работ

Ф21, Ф24, 
Ф25, Ф29

 

Таблица 1.1Б 

Фиксажные точки технологических операций 

Элементы цикла 
трелевки деревьев 
трелевочными средствами н операции

Фиксажные точки
Природные 

факторы
Начало
Конец

Захват (чокеровка) 
деревьев (хлыстов)
и сбор пачки

Остановка трактора
на лесосеке
для сбора пачки

Начало движения 
трактора с пачкой к 
погрузочной площадке

Ф11, Ф12, Ф13,
Ф14, Ф21, Ф24, 
Ф26, Ф29

Трелевка  пачки
Начало движения 
трактора с пачкой к 
погрузочиой площадке

Остановка трактора на 
погрузочной площадке 
для сброса пачки

Ф21, Ф24, Ф25, 
Ф2Э

Сброс (отцепка)
пачки и выравнивайие торцов комлей

Остановка трактора
на погрузочной площадке для сброса 
пачки

Начало движения 
трактора на лесосеку

Ф11, Ф14, Ф15

Холостой ход
Начало движения 
трактора на лесосеку

Остановка трактора на 
лесосеке для сбора 
пачки

Ф21, Ф24, Ф25,
Ф29