лесосечные работы

Тандемные тележки с равноплечими каретками приспособлены к преодолению пороговых препятствий. Мощный форвардер 1710D компании John Deere с данной ходовой системой имеет угол въезда свыше 40º и способен преодолевать единичные препятствия высотой до 1,3 м. Для преодоления особо сложных единичных препятствий на многих 8- ми колесных машинах передняя тележка оборудована гидроподъемником каретки.

При работе с лесоматериалами разных пород, разной длины машина должна быть гибкой в эксплуатации и иметь грузовое пространство, соответствующее конкретным нуждам. Учитывая главное целевое назначение КФМ – доставку древесины к пункту назначения, к конструкции грузового отсека предъявляются особые требования:

•соответствие вместимости отсека грузоподъемности машины;

•исключение негативных воздействий габаритных размеров отсека на лесную среду и соответствие их нормам движения по автостраде;

•создание грузового пространства, обеспечивающего возможность формирования воза из сортиментов различной длины, равномерного распределения его массы по колесам, сохранение его формы при транспортировке и способствующего устойчивому движению машины;

•обеспечение удобства выполнения погрузочно-разгрузочных работ, сортировки и качества укладки;

•по своей конструкции отсек должен быть легким, прочным и эрго-

номичным при технологическом и техническом обслуживании. Несмотря на комплекс противоречивых требований, практически

на всех моделях машин были найдены компромиссные решения, удовлетворяющие эти требования. Основным показателем, характеризующим грузовое пространство отсека, является его поперечное сечение. У современных КФМ оно изменяется от 2,9 до 6,0 м2. Минимальные значения сечения принадлежат моделям 4F и 5F компании Logset, максимальные – модели 890.2 компании Valmet и 1018В компании Tigercat. В то же время у большинства машин значения этого показателя колеблется от 3,8 до 4,5 м2. Для перевозки тонкомерной древесины у большинства машин стойки могут подниматься, увеличивая тем самым поперечное сечение в 1,1…1,3 раза.

151

Рис. 4.5 – Форвардер компании Ponsse с колесной схемой 10К8 и установленными гусеницами

Для обеспечения транспортировки древесины с полной нагрузкой на высоких скоростях при плавном движении в любых условиях в последние годы начато применение устройств гидравлического демпфирования грузового отсека, его расширения и поперечного наклона (модели 1110 D, 1410 D и 1710 D компании John Deere). Демпфирование снижает нагрузку на раму, мосты и колеса. Наклонное грузовое пространство помогает сохранять устойчивость во время транспортировки и ускорить операции погрузки и выгрузки. Кроме того, плавная транспортировка с меньшим раскачиванием облегчает процесс вождения и снижает давление на почво-грунт. При расширении грузового пространства центр тяжести значительно понижается, что также благоприятно сказывается на устойчивости движения КФМ.

Передняя стенка отсека выполнена в виде прочной решетки, сквозь которую оператор отслеживает процессы погрузки и разгрузки. В то же время он часто ударяет торцами бревен о стенку для их лучшей укладки. У многих моделей данная стенка и боковые стойки с помощью гидравлики или манипулятора перемещаются. Изменение габаритов отсека способствует рациональному использованию грузового пространства и равномерному распределению нагрузки на колеса.

Применение в грузовом отсеке подъемной рамы значительно сокращает затраты времени на погрузочно-разгрузочные работы. Перед погрузкой рама гидроприводом выставляется чуть ниже боковых стоек и по мере заполнения автоматически опускается вниз. Погрузка осуществляется постоянно на одной высоте, сокращая этим движение стрелы. Бла-

152

гоприятно сказывается на эффективности использования грузового отсека и на повышение производительности регулировка ширины отсека изменением поперечного положения стоек с помощью гидравлики.

Продолжительность выполнения погрузочно-разгрузочных работ при совершении КФМ технологического цикла достигает 70 % затрат времени. С целью минимизации данных затрат, разработчики машин уделяют большое внимание совершенствованию погрузочных устройств. Производители КФМ устанавливают на свои машина манипуляторы собственного производства, а также специализированных компаний Loglift, Сranab, Foresteri и др. Изменения длины вылета стрелы существующих манипуляторов составляет 6,1…10,3 м. Оба крайних значений принадлежат гидроманипулятрам компании Foresteri. Манипуляторы имеют телескопические удлинители стрелы. Диапазон их удлинения изменяется в пределах 1,2…4,8 м. Максимальный подъемный момент составляет 37…145 кН. Минимальное значение принадлежит манипуляторам компании Foresteri, наибольшее – компании Ponsse. Все манипуляторы поворачиваются на полный оборот.

Основными изготовителями грейферных захватов являются фирмы производители машин, а также специализированные компании Loglift, Cranab, Vahva и др. Это надежные и быстродействующие захватные устройства. Их параметрический ряд полностью обеспечивает работу КФМ с сортиментами различной крупности.

Выбор оптимальной длины стрелы и оптимального сечения грейферного захвата с учетом геометричности современных манипуляторов обеспечивает быстроту и точность выполнения работ в таких сложных условиях, как рубки прореживания. На многих манипуляторах для обеспечения плавности работы стрелы и увеличения ее долговечности, особенно при работе в сложных условиях, применяется амортизация. Стойка некоторых манипуляторов имеет продольное отклонение на ± 15º от вертикального положения, что позволяет собирать сортименты, расположенные за естественными препятствиями.

Ускоренная настройка параметров с помощью компьютеризованной комплексной системы управления позволяет оператору быстро отрегулировать скорость перемещения стрелы для решения конкретной задачи, а также изменять скорость во время работы. Меньшая скорость перемещения стрелы обеспечивает менее опытному оператору лучший контроль, что позволит не задевать окружающие деревья. Кроме того, некоторые КФМ оборудованы функцией “активного” плавающего положения стрелы, которая позволяет удерживать стрелу над грузом во время передвижения.

КФМ последних поколений компаний TimberPro, Tigercat и John Deere имеют поворотную и выравниваемую кабину. Кабина автоматиче-

153

ски следует за движением захвата стрелы, создавая 360-градусный обзор местности вокруг машины. Механизм выравнивания быстро и плавно реагирует на изменение рельефа местности. Все это значительно повышает комфорт и эргономику работы оператора, что положительно отражается на эффективности использования машины.

Для снижения утомляемости оператора и увеличения безопасности работы, особенно при прореживании леса, ряд компаний устанавливают на шасси заднего модуля машины камеру наблюдения. С ее помощью оператор может видеть, что происходит сзади, даже в том случае, если грузовое пространство заполнено. При движении задним ходом оператор не должен гадать или вспоминать, что находится перед машиной, поскольку изображение с камеры заднего вида выводится на экран дисплея.

4.1.4. Колесные трелевочные машины

Основными техническими средствами на трелевке древесины деревьями и хлыстами являются КТМ. Особенно это отмечается на родине создания данного типа машин в Северной Америке. В 40-х годах прошлого столетия в США и Канаде был широко распространен способ трелевки гусеничными тракторами общего назначения с арочными полуприцепами. На тракторе устанавливалась лебедка и прицеплялся арочный полуприцеп на гусеничном ходу (рисунок 4.7, а). В то время, когда трелевать лес по каким-либо причинам было нельзя, тракторы использовались на дорожно-строительных или других работах.

В 1951г. компанией “Летурно” (США) был создан тягач “Турноскиддер”, у которого обе оси были ведущие и колеса большого диаметра. Тягач, подобно гусеничному трактору, поворачивался торможением колес. Он работал с колесным арочным полуприцепом (рисунок 4.7, б). Его преимущество по сравнению с гусеничными тракторами было повышение скорости движения. Это дало возможность увеличить расстояние трелевки. Однако тягач имел большой износ шин. Учитывая это, появился тягач одноосник, к которому шарнирно присоединялся арочный полуприцеп (рис. 4.7, в). Шарнирное сочленение имело две степени свободы. Лебедка была перенесена с тягача на арку. Получился трелевочный тягач одноосного привода с колесной формулой 4К2. Эта машина является родоначальником современного колесного трактора с шарнирносочлененной рамой.

154

Рис. 4.6 Этапы создания колесного трелевочного трактора с шарнирносочлененной рамой:

а – гусеничный трактор общего назначения с арочным прицепом (исходный этап); б – двухосный тягач “Летурно” с арочным полуприцепом; в – одноосный тягач “Летурно” с арочным полуприцепом; г - тягач “Летур- но-Вестингауз” с шарнирно-сочлененной рамой

Рис. 4.7 Трелевочный трактор 648G-III компании John Deere с пачковым захватом для проведения рубок главного пользования.

Шасси: 4К4, шарнирно-сочлененная рама; дизель – 125 кВт; гидромеханическая трансмиссия; макс. тяговое усилие – 170 кН; макс.скорость движения – 25 км/ч; габариты, мм: длина – 7765, ширина – 2880, высота – 3130; клиренс –. 470 мм; масса 13480 кг; площадь захвата – 1,09 м2.

Недостаточная тяга по сцеплению вскоре определила появление модели с активным полуприцепом. Колеса этого полуприцепа подключались периодически, когда не хватало тяги по сцеплению у тягача (рис. 4.7, г). В тоже время создано несколько тягачей аналогичных “Летурно”.

155

Все они были очень тяжелые и по этой причине не могли конкурировать с гусеничными тракторами, так как имели высокое давление на почвогрунты.

Вконце 50-х появились легкие по сравнению с первыми образцами колесные трелевочные тягачи “Три Фармер” и “Тимберджек”. КТМ быстро внедрялись благодаря шарнирно-сочлененной раме.

Внастоящее время основная масса моделей КТМ имеет колесную схему 4К4. Машины с 6К6 не нашли широкого распространения. Общая компоновка современных КТМ представлена на рис. 4.8 . На энергетическом модуле установлена моторная установка с кабиной оператора, а на технологическом – трелевочное тросочокерное оборудование или арка с пачковым захватом.

Таблица 4.5 Классификация колесных трелевочных машин

Классификация КТМ приведенна в таблице 4.5. Большинство моделей машин (41 %) относится к среднему классу, в легком классе их 31 % и в тяжелом – 28 %. Только компании Ranger и John Deere выпускают модели всех классов.

КТМ 4К4 имеют широкий мощностной диапазон, который составляет 75…160 кВт. Их масса колеблется от 7,0 до 18,0 т. Технические характеристики современных моделей КТМ представлены в таблице 4.6.

Учитывая большую важность первичной транспортировки леса большое значение придается проходимости КТМ. Формируя данные качества машин, разработчики стремятся свести к минимуму их отрицательные воздействия на лесную среду. Для различных по сложности почво-грунтам компания John Deere предлагает потребителям на выбор 4-е варианта мостов для установки необходимых шин. Это стандартные мосты, усиленные мосты, мосты для тяжелого режима работы и сверх-

156

широкие мосты для максимально тяжелого режима работы (SWEDA), предназначенные для наиболее широких арочных шин или для использования сдвоенных шин.

Таблица 4 6 Характеристики колесных трелевочных машин 4К4

Отношение расстояний между передней осью машины и осью вертикального шарнира рамного сочленения и между задней осью машины и осью этого же шарнира составляет у всей совокупности моделей КТМ 4К4 0,75…1,17. Минимальное значение принадлежит машине ЛКН-90 компании Martimex, максимальное – машине 360D компании John Deere. В большинстве случаев это отношение близко к 1,0. Данное конструктивное решение гарантирует движение передних и задних колес при по-

157

вороте машины “след в след”, что обеспечивает высокую проходимость, особенно под пологом леса.

Диапазон давления КТМ на почву составляет 44,1…83,3 кПа. С минимальным давлением работают модель 360D компании John Deere, с максимальным – модель 530В компании Caterpillar. Для снижения давления колес всегда предлагается на выбор несколько альтернативных вариантов шин.

По типу оснащаемого технологического оборудования КТМ разделяются на две группы машин. Это чокерные машины с канатночокерным оборудованием (классический вариант) и бесчокерные машины с пачковым захватом. В последние годы начинает формироваться третья группа машин, оснащаемых манипуляторами. По своему функциональному назначению все эти машины однотипные для трелевки леса деревьями или хлыстами. Однако они применяются в разных лесозаготовительных системах машин.

Чокерные КТМ имеют расширенную специализацию и применяются практически на всех видах рубок. Отрицательной стороной их работы являются большие затраты времени на формирование пачек деревьев.

Наиболее универсальными КТМ являются машины, оснащенные гидроманипулятором с канатно-чокерным оборудованием или самозажимным коником. Они имеют значительный эффект в сокращении затрат времени на формирование пачки древесины. Зачастую трелевка пачки деревьев или хлыстов производится данными КТМ с использованием гидроманипуляторов.

Усилие лебедок современных КТМ составляет 100…235 кН. Скорость намотки каната при полном барабане и номинальных оборотах двигателя колеблется от 42 до 113 м/мин. Форма трелевочных щитов большинства моделей машин обеспечивает устойчивое положение комлей деревьев и хлыстов в процессе трелевки.

Интенсификация лесосечных работ продиктовала необходимость создания узкоспециализированных моделей КТМ с пачковыми захватами для трелевки пачек деревьев или хлыстов от ВПМ. Площадь поперечного сечения захватов составляет 0,65…1,4 м2, максимальное раскрытие клешней самого большого из них достигает 3,2 м. В процессе трелевки гидросистема поддерживает на захвате постоянное давление. Гидромотор с высоким крутящим моментом позволяет вращать захват на 360º.

Захват подвешивается на машину с помощью арок одиночного или двойного действия. Первый вариант арки только опускает и поднимает головку захвата, второй – дополнительно обеспечивает еще ее продольное перемещение. Арка двойного действия сокращает маневры машины, когда пачка имеет разбросанность деревьев. Практически все модели

158

машин с пачковыми захватами оснащены трелевочными лебедками с опорными роликами. Это дает возможность КТМ преодолевать сложные по проходимости участки пути с помощью подтрелевки.

4.1.5.Многофункциональные колесные лесозаготовительные машины

Вконце прошлого и в начале настоящего века компаниями Valmet, Ponsse, Pinox и др. созданы многофункциональные колесные лесозаготовительные машины (МКМ) – комбайны (харвардеры). Комбайны Valmet 801 Combi, Pinox 728 (рисунок 4.9) и 828, PIKA 728 и 828 Combi на 8-и колёсном шасси объединили воедино все функции харвестерных и форвардерных машин. Компания Ponsse пошла несколько «упрощённым» путём. Ею созданы комбинированные машины Wisent Dual и Buffalo Dual со сменным технологическим оборудованием. Основой машин является форвардеры Wisent и Buffalo. Машины за несколько минут превращается из форвардера в харвестер и наоборот, т.е. на едином шасси лесозаготовитель имеет полноценный харвестер и мощный форвардер. Основная техническая характеристика МКЛМ представлена в таблице 4.7.

Разработки МКЛМ ведутся в трех основных направлениях. Первым направлением является создание традиционного комбайна, представляющего собой машину с двумя функциональными агрегатами. После валки и обработки материалы складываются на землю и затем грузятся на машину.

Второе направление характеризуется прямой загрузкой, при которой древесина подается непосредственно в грузовое пространство. Грузовое пространство может поворачиваться и наклоняться. Отсутствие защитного ограждения грузового пространства ограничивает применение данного метода.

Основой третьего направления является закрытая обработка лесоматериалов. Одно или несколько деревьев срезаются, а затем поднимаются и перемещаются в вертикальном положении к грузовому пространству, опускаются в горизонтальное положение и подаются прямо в грузовой отсек. Деревья при этом ни разу не соприкасаются с землёй.

Комбайны особенно рентабельны при работе на небольших вырубках и коротких расстояниях транспортировки.

Лесному комплексу нужна машина, которая выполняла бы все операции как лесосечные, так и погрузочные. Но потребительские требования к ней весьма разные. Большинство потребителей удовлетворяет совмещение харвестерных и форвардерных функций в одной машине. Однако значительная их доля предполагают, чтобы харвестерные и фор-

159

вардерные функции выполнялись одной и той же машиной, но в разное время.

Рис. 4.8 – Многофункциональный лесозаготовительный комбайн Pinox 728 компании Pinox Оу

Шасси: 8К8; шарнирно-сочлененная рама; дизель – 108 кВт; гидрообъемная трансмиссия; тяговое усилие 160 кН; скорость движения 0…25 км/ч; габариты машины, мм: длина –8700, ширина – 2680; клиренс – 575 мм; масса – 13500 кг; грузовой отсек: площадь – 3,5 м2, наклонно-поворотный; максимальный диаметр спиливаемого дерева – 450 мм, гидроманипулятор: подъемный момент – 100 кНм, вылет стрелы 10,0 м; кабина: наклонно-поворотная, единая платформа с манипулятором.

Таблица 4.7 Технические характеристики многофункциональных лесозаготовитель-

ных комбайнов

160