История внедрения механизации на лесозаготовках

Содержание

Введение

1. История развития механизации лесозаготовок

2. Становление и тенденции развития современных технологических процессов лесозаготовок

Заключение

Список литературы

Введение

На протяжении всей истории человечества труд является основной движущей силой на пути развития.

Труд человека неразрывно связан со средствами производства, которыми называют совокупность средств и предметов труда. ¹

В свою очередь, средства труда - это «совокупность средств, с помощью которых люди влияют на предметы труда, видоизменяя их в соответствии со своими потребностями». ² Главным средством труда являются орудия труда. По словам К. Маркса, наличие в трудовом процессе орудий труда придаёт труду опосредованный характер. ³

Предметы труда представляют собой «вещество природы, на которое человек воздействует в процессе труда с целью приспособления его для личного или производственного потребления». ⁴

Таким образом, труд – это особая система, состоящая из трех компонентов: человека как субъекта труда, средств труда и предметов труда.

 Преобразование средств труда ведет к принципиальному изменению его характера. Увеличение производительности, качества и эффективности труда тесно связано со средствами труда, которые в процессе развития изменяются от простейших орудий и приспособлений до сегодняшних автоматизированных комплексов.

Вместе с развитием средств труда а процессе развития общества происходит разделение труда - «качественная дифференциация трудовой деятельности, приводящая к обособлению и сосуществованию различных её видов».¹

Интенсивное преобразование средств труда началось на рубеже XVIII и XIX в.в. с появлением научных открытий в области энергетики, химии, двигателестроения и др. Они получили широкое практическое применение при создании новых видов орудий труда, машин и механизмов. Эти открытия изменили сущность труда, значительно уменьшив его физическую составляющую в производстве продукции за счет значительного увеличения доли технической составляющей.

Возникновение и развитие машинной индустрии сопровождалось значительным углублением общественного разделения труда, стихийным формированием новых отраслей производства.

Одной из важнейших отраслей общественного производства были и остаются лесозаготовки.

Без преувеличения можно сказать, что цивилизация своим развитием обязана прежде всего применению древесины - сначала как топлива, строительного материала, а затем сырья для изготовления бумаги, химического производства. И ее значение в жизни человечества в обозримом будущем, видимо, не снизится, несмотря на все успехи по созданию искусственных материалов, так как равноценной замены столь универсальному естественному полимеру - концентрату разнообразнейших веществ - на сегодняшний день не существует. Поэтому пользоваться этим бесценным даром природы надо экономно, с большой осмотрительностью, по возможности сохраняя лесные богатства планеты. В связи с вышесказанным важной проблемой является совершенствование технологии лесозаготовок. Решение этой проблемы требует изучения влияния орудий труда и средств производства на становление технологии лесозаготовок. Следовательно, тема нашей работы является актуальной.

Целью работы является: показать роль орудий труда и средств производства в истории развития технологии лесозаготовок.

1. История развития механизации лесозаготовок

Орудия труда лесозаготовителей берут свои истоки, как, впрочем, и все технические устройства, с примитивного каменного рубила с острыми кромками, полученными в результате скола или после некоторой обработки. Привязав его к палке, неведомый первобытный дровосек стал обладателем пратопора. Топор — первое двусоставное орудие. Соединение двух элементов было непростой инженерной задачей. Поначалу их связывали жилами животных или полосками кожи. Таким топором успешно обходились аборигены Австралии, Африки и Центральной Америки почти до середины ХХ века. Судя по экспериментам, проведенным археологами, таким инструментом можно было свалить средних размеров ель всего за 25 мин.

 Топор появился примерно в ХI - VII тысячелетиях до нашей эры. Одним из первых был так называемый топор - клевец — с узким вытянутым прямоугольным лезвием, ориентированным поперек топорища.

Топор – вначале каменный, затем бронзовый и железный - был основным орудием труда в лесу на протяжении многих тысячелетий.

Как только люди научились плавить металлы, они стали изготовлять медные топорища. Известно, что уже много веков назад русские кузнецы делали отличные железные топоры. Как ни парадоксально, но, по расчетам математика В. И. Желиговского, найденные во время строительства московского метрополитена древние топоры по своим параметрам обладали более высоким коэффициентом полезного действия, чем современные. ¹

 В VIII в., когда цивилизация Европы начала быстро развиваться, возникла потребность в расчистке огромных территорий, занятых густыми лесами. В Средние века додумались до изогнутой рукоятки. Это сделало топор еще более популярным у лесорубов.

На массовую основу производство топоров как средств вырубки леса было поставлено в 1830-х годах в Соединенных Штатах Америки. Топоры братьев Коллинз, в которых вес клинка был равен весу топорища, безраздельно царили на рынке вплоть до 1880-х годов, когда их окончательно потеснила механическая пила.

Топор господствовал на лесозаготовках вплоть до середины ХIХ века. После того, как люди научились ковать железо, на лесозаготовках с топорами стали соперничать пилы.

Считается, что первая пила появилась еще до начала летописной истории. Наиболее ранними экземплярами стали найденные археологами зазубренные куски камня. В основном они использовались для создания орнамента на кости и мягком камне. Древние египтяне создавали пилы из бронзы, причем зубьями у них служили алмазы и другие драгоценные камни. Зубья египетских пил имели наклон в сторону рукояти, что позволяло совершать рез «на тягу». Такие пилы до сих пор используются на Востоке.

Античные греки и римляне считали, что первыми изготовили пилу из челюстей и позвоночников крупных рыб могущественные боги.

В бронзовом веке пилы стали делать из бронзы, а в железном — из железа, причем их снабдили сравнительно удобной рукояткой типа «лисий хвост». Появление первых железных пил относят к 50 году до н. э.

Однако пилы на лесоповалах распространялись медленно, так как пользоваться применяемыми на делянке двуручными пилами приходилось втроем: двое пилили, а третий, помощник, смотрел и подталкивал шестом готовое упасть дерево в нужную сторону. Между тем, свалить такое же дерево за такое же время мог и один лесоруб, вооруженный топором. Правда, пильщики не раз пытались навязать роль помощника самому инструменту, зачастую находя простые и остроумные решения. Например, делали одноручные пилы, изготовленные из согнутого ствола тонкой березки, к концам которого крепилось пильное полотно.

В ХIХ веке широко применялись "американки", представлявшие комбинацию ножовки и двуручной пилы. Таким инструментом спилить небольшие деревья можно в одиночку. Куда сложнее была пила, оснащенная поддерживающими опорами, подпружиненными роликами и винтами, регулирующими прижим полотна к стволу. Видимо, из-за этой самой сложности она и не пользовалась популярностью у лесозаготовителей.

Много лет, и небезуспешно, для валки деревьев применяли лучковые пилы. В нашей стране они встречались еще в послевоенные годы. Их тонкие, из легированной стали полотна имели особенность - толщина спинки была больше, чем режущей части со сложным профилем зубьев. В конце 20-х - начале 30-х годов ХХ в. шведская фирма "Сандвикен" выпускала подпружиненные пилы "Компис", которые работали следующим образом. Сначала в ствол дерева упирали штангу, к ней крепилась возвратная пружина. Другой ее конец соединялся с одноручной пилой-ножовкой, которую в одну сторону тянул лесоруб, а в другую - пружина.

В середине ХIХ века происходит интенсивное развитие техники, что отражается и на технологии лесозаготовок, где появляются первые лесоповалочные механизмы. Так, в устройстве, придуманном американским инженером Гамильтоном в 1861 году, двое рабочих рукоятками вращали колесо-маховик с зубчатым венцом, тем самым приводя в возвратно-поступательное движение пильное полотно. Примерно в те же годы русский изобретатель Д. И. Журавский первым предложил пилу, в которой роль режущего органа выполнял диск с зубьями. Вращался он от ручного привода, через коническую передачу, а крепился на раме, передвигавшейся по двум пазам в горизонтальном направлении. ¹

Естественно, создатели подобных механизмов старались применять прежде всего стандартные узлы и детали, уже опробованные в технике. Тогда самой распространенной была паровая машина. Ее-то и включил в свой передвижной агрегат английский инженер Рансоме (1860 г.). От её силовой установки пар поступал по длинным шлангам к цилиндрам нескольких рабочих машин, к штокам которых крепились собственно пилы. Такие агрегаты можно было кое-где встретить в начале ХХ столетия. ²

Но вот на смену пару пришло электричество. И уже в первые годы ХХ века в Германии изобрели способ валки деревьев с его помощью. Ствол обтягивали внизу стальной проволокой. Затем включали электромотор, проволока начинала быстро, словно лента транспортера, вращаться. Нагреваемая током, а также от трения она обугливала древесину и легко перепиливала ствол. При этом опасность лесного пожара исключалась, поскольку проволока нагревалась не докрасна.

Появление электродвигателей открыло возможность создавать разнообразные варианты электропил. Самый простой из них - механизм, разработанный в 1936 году архангельским механиком Н. Ф. Харламовым. На раме крепился электромотор, на его удлиненном валу устанавливался конический фрикционный каток, соприкасавшийся с пильным диском и приводивший последний во вращение. Пилой Харламова, недостаток которой заключался в том, что она была тяжела, обычно управляли моторист с помощником. Позже этот агрегат пробовали облегчить, вырезав среднюю часть пильного диска - образовавшееся рабочее кольцо удерживалось изнутри распорными роликами, соединенными с фрикционной передачей и двигателем. ¹

Стремление объединить достоинства лучковой пилы с возможностями электрифицированного привода способствовало возникновению довольно любопытных конструкций. Еще перед войной в Архангельске испытывалось необычное устройство. Из небольшого переносного контейнера, в котором располагались мотор, редуктор и цепная передача, выходили два длинных троса. Они соединялись с концами лучкового полотна. Происходило попеременное натяжение каждого троса и перемещение пильного полотна вперед-назад.

Однако более простой и производительной оказалась лучковая пила, у которой режущее полотно представляло собой бесконечную ленту, натянутую на шкивы. К одному шел привод от электромотора. Этот инструмент разработали в 40-х годах сотрудники Свердловского лесотехнического института.

И все-таки ни диск, ни ленточное полотно, даже кольцеобразное, не стали основой современных переносных механических пил. Ею стала режущая цепь, впервые предложенная ещё в 1858 году американцем Брауном. Его современники не оценили изобретения. Первые серийные образцы подобных пил появились лишь спустя несколько десятилетий. Они были громоздкими, орудовать ими в одиночку было невозможно. Пример тому - мотопила "Сектор", разработанная в 20-30-х годах ХХ века шведским инженером Вестфельтом. На ней режущая цепь, натянутая по треугольному контуру через звездочки (одна ведущая), приводилась во вращение от бензинового двигателя через коническую передачу и длинный вал.

В эти же годы предельно тяжелые условия лесозаготовительного труда и низкая его производительность подталкивали вперед и инженерную мысль в СССР. В конце 1927 года приказом ВСНХ СССР была учреждена Северная опытная станция по механизации и рационализации лесозаготовок. С целью изучения зарубежной техники в 1927 году в СССР завезли для испытания появившиеся за границей моторные пилы «Сектор», «Рапид» и другие. С этого, собственно, и начиналась история моторных пил в СССР. Время показало, что электропилы хороши на раскряжевке, но малопригодны для валки. В 1931 году Бюро приспособлений Машинотреста проектирует и изготавливает первые опытные образцы бензомоторной пилы «Пионер», а Главное военно-инженерное Управление РККА организует изготовление бензомоторных пил МП-300 и серии электропил «Большевик». Вслед за этим ученый совет ЦНИИМЭ утвердил для реализации проект облегченных бензомоторных пил под марками ЦНИИМЭ-1 с поворотным пильным аппаратом и ЦНИИМЭ-2 цельноповоротной конструкции, а также дальнейшие модификации - ЦНИИМЭ-3 и ЦНИИМЭ-4. ¹

Период 30-40-х годов характерен исключительной интенсивностью опытных работ по созданию переносных механических цепных пил, и результатом этой работы явилось создание вскоре после Великой отечественной войны новой модели электропилы ЦНИИМЭ - ВАКОПП. Будучи почти вдвое легче своих предшественниц, пила ВАКОПП с 1946 года находит широкое применение в лесной промышленности. Одновременно в лес поступают передвижные электростанции ПЭС-12-50 нормальной частоты тока (50 Гц), мощностью 12 кВт.

Однако наряду со значительным снижением общего веса электропила ВАКОПП имела недостаточную рабочую длину шины (500 мм) и малую мощность двигателя - 1,3 кВт.

Подлинную техническую революцию в механизации валки леса произвела пила ЦНИИМЭ-К5. В ней был применен электродвигатель повышенной частоты тока (200 Гц). Вместо 3000 оборотов в минуту вал электродвигателя развивал 12000 оборотов, что и позволило снизить вес двигателя более чем вдвое, не уменьшив при этом его мощности (1,3 кВт).

В дальнейшем научные организации и отдельные изобретатели, используя электродвигатели повышенной частоты тока, создали ряд конструкций облегченных электропил. В это же время началось серийное производство электропилы модели ПЭП-3.

В 1949 году началось серийное производство бензомоторных пил, которые оказались значительно эффективнее на лесосеках, удобнее в управлении, чем электропилы. Десятилетиями царствовала на делянках бензопила «Дружба", названная так создателями в честь 300-летней годовщины воссоединения Украины с Россией.

В ее конструкцию вводились новый глушитель, одноручейный съемный стартер, улучшалась система зажигания, были упрочнены многие узлы и детали пилы. В модификации «Дружба-60» мощность на двигателе пильной цепи достигала 3,5 л.с. На смену «Дружбе» впоследствии пришли более совершенные пилы «Урал», «Тайга».¹

Но лесозаготовка - это не только валка. Трелевка, вывозка леса - неотъемлемые составляющие лесозаготовительных работ. Интересна конструкция первой нашей трелевочной лебедки ТЛ-3. Эта трехбарабанная лебедка, выпускавшаяся с 1947 года, была весьма совершенной для своего времени. В лесозаготовительной промышленности в конце 30 - х - начале 40 - х гг. работало более двух с половиной тысяч газогенераторных тракторов и автомобилей.

Создание лесозаготовительных машин шло одновременно по всем фазам производственного процесса. Для механизированной трелевки в первое время использовались гусеничные тракторы общего назначения, с применением пэнов, металлических листов, прикрепленных к машине, заимствованных из зарубежной практики.

Созданием первого специального трелевочного трактора в послевоенные годы занялись ученые Ленинградской лесотехнической академии ЦНИИМЭ, конструкторы Кировского завода и Гипролесмаша. Жорж Яковлевич Котин, конструктор знаменитого танка Т-34, со своими коллегами-танкостроителями буквально за два года создали первую лесопромышленную машину - трелевочный трактор КТ-12, выпущенный в 1948 году. Долгие годы он был основной машиной, применяемой на трелевке. ¹

Трактор был оснащен газогенераторным двигателем, работающим на топливной чурке. Топливная чурка представляла собой кубики 50 на 50 мм, нарезанные, как правило, из березы, имеющей высокую теплотворную способность и меньший спрос, в отличие от строительного леса или пиловника других пород. Освоение производства лесопромышленных тракторов КТ-12 было поручено Кировскому машиностроительному заводу в Ленинграде. В последующие годы на смену маломощному КТ-12 пришел ТДТ-40 с более мощным дизельным двигателем. Подготовленную документацию для выпуска нового трактора передали на вновь созданный Минский тракторный завод.

Одновременно с тракторной трелевкой в значительных объемах применялась гужевая. Она базировалась на специальных тележках и приспособлениях. Для этого изготавливались захваты клещевого типа. На гужевой трелевке обеспечивалась очень высокая производительность — от 7,5 до 20 куб. м леса в смену в зависимости от объема заготовленного сырья и расстояния.

Позднее массовое производство трелевочных тракторов было создано на базе Онежского оружейного завода. Онежский тракторный завод стал лидером мирового лесного тракторостроения для лесозаготовок, самой удачной моделью которого стал ТДТ-55 — знаменитая «55»-ка. За 50 лет предприятие выпустило более 300 тысяч лесопромышленных тракторов и баз для различных машин лесного хозяйства, позволивших увеличить объемы заготовок леса в СССР до 400 млн куб. м в год. ¹

Дальнейшее развитие машиностроения позволило выйти на щадящие технологии лесозаготовки. В связи с этим с 60-х годов в мире началось интенсивное строительство тракторов на колесной базе. Появился синтетический каучук, новые технологии изготовления шин с улучшенными зацепами различного профиля и давления. Это позволило создать новые движители и получить более универсальные машины. Колесные тракторы более быстроходны и маневренны, чем гусеничные, и в процессе эксплуатации наносят меньше повреждений почвенному покрову и растительности леса.

Древесина — это не только хлысты, бревна и доски, но и сучья, ветки, кора, верхушки деревьев. До недавних пор их оставляли на лесосеке, где они гнили, подавляя своей массой молодые растения. Положение изменилось после появления машины-утилизатора. Длинной рукой-манипулятором она собирает отходы производства и переправляет в жерло рубильной установки, превращающей их в технологическую щепу — ценнейшее сырье для химической промышленности.

Техника облегчила труд лесорубов. Но возросли психологические нагрузки, испытываемые операторами валочных, трелевочных и других машин. Ежедневно им приходится выполнять одни и те же операции — выезд на рабочую позицию, захват дерева, срезание его, укладка, разделка. Выход из создавшейся ситуации удалось найти благодаря развитию электроники.

Микропроцессоры позволили создать многофункцикииональные агрегаты, сначала громоздкие и маломаневренные, но с каждым годом все более совершенные.

В 80-90-е ХХ века большинство машиностроительных компаний начали выпуск именно таких многооперационных машин — харвестеров и форвардеров.

Харвестеры (от англ. harvester — жнец, собиратель урожая) — многооперационные лесосечные машины, предназначенные для выполнения комплекса операций: валка, обрезка сучьев, раскряжевка и пакетирование сортиментов при проведении сплошных и выборочных рубок, а также рубок ухода.

Форвардеры (от англ. forwarder — перевозчик, экспедитор) — самозагружающиеся машины для трелевки сортиментов. В технологические задачи этих машин входит сбор, подсортировка, доставка сортиментов от места заготовки до лесовозной дороги или склада и штабелевка сортиментов. Конструкция оборудования форвардеров состоит из погрузочного модуля — манипулятора и грузового модуля — тележки. Средняя производительность форвардеров при работе после харвестера — 12 кубических метров в час. Один комплекс «харвестер плюс форвардер» может заменить до 80 работающих на лесосеке по традиционной технологии. Объемы заготавливаемой древесины несопоставимы с ручным трудом — по традиционной технологии бригада из семи-восьми человек заготавливает 7—8 тысяч кубометров за год, а связка «харвестер — форвардер», позволяет заготавливать до 60 тысяч и более. Производительность заготовки древесины на одного человека возрастает примерно в восемь раз. ¹

Иным стало и рабочее место водителя, которого лишь в силу традиции именуют лесорубом или трактористом. Это удобная, просторная кабина с круговым обзором, в которой поддерживается заданный микроклимат. Она сохраняет горизонтальное положение независимо от рельефа местности.

Современные агрегатные машины позволяют совмещать большинство операций. Приход в лес новой техники инициирует изменение всей технологии лесозаготовок.

Таким образом, орудия труда лесозаготовителей на протяжении столетий почти не менялись. Топор и пила долгое время были их основными орудиями. Интенсивное развитие инженерной мысли в ХIХ в. привело к совершенствованию лесозаготовительных механизмов, появлению первых лесоповалочных машин. Научно - техническая революция в ХХ веке произвела революцию и в механизации лесозаготовок, где сегодня используются многооперационные автоматизированные механизмы.