Валочно пакетирующая машина срезающее устройство
Основными принципами ведения лесного хозяйства и лесной промышленности в текущее время является обеспечение многоцелевого, рационального, постоянного, не истощительного использования лесов для удовлетворения потребностей общества в лесах и лесных ресурсах. Ну, а в перспективе и обязательное способствование расширенному воспроизводству лесных ресурсов – процессу постоянного расширения производительной способности лесных биогеоценозов, задачей которого считается получение через оборот рубки двух кубометров древесины там, где раньше был взят один. При этом важная роль отдается лесотранспорту и автомобильным дорогам, которые в значительной мере определяют экономическую доступность лесов и возможность их эффективного использования.
Технический прогресс не стоит на месте. На лесосечных работах практически полностью отказались от ручного труда, что способствовало повышению производительности и уменьшению травматизма. Для рубки леса применяются валочно-пакетирующие машины, трелевочные тракторы для бесчокерной трелевки, гусеничные и колесные трелевочные тракторы с пачковыми захватами, валочно-трелевочные машины. Эти машины стали использовать ввиду того, что все чаще стали отказываться от технологии, основанной на заготовке деревьев и хлыстов, а стали переходить на сортиментную заготовку. На это повлияли различные причины, одной из которых являлось ежегодное увеличение расстояния вывозки и выходом при транспортировке древесины на дороги общего пользования, на которых вступает в действие ограничение на груз по габаритам. Для погрузки леса на лесовозный транспорт применяются челюстные лесопогрузчики. Очистка деревьев от сучьев производится самоходными машинами.
Повышение производитeльности труда на основe комплексной механизации совершенной технологии, улучшeние условий труда – основная задача, поставленная пeрeд работниками лесной промышленности. В рeшeнии этой задачи принимают активное участие лeсозаготовительные прeдприятия, проектные и научно-исслeдовательские институты отрасли и высшие учебные заведения.
Вышесказанные машины стали незаменимой техникой в ходе строительства транспортных путей, дорог, различных трубопроводов. Использование новой техники и технологий облегчает разработку новых, сложных по своему расположению территорий. В разы сокращает сроки выполнения работ, при этом повышая качество их проведения.
Проведем патентный анализ и обзор существующих конструкций валочно-пакетирующих машин.
Патент № 2150819 «Захватно-срезающее устройство» (рис. 1). Устройство снабжено расположенным на его стойке, над опорным элементом, выреза корпуса срезающего аппарата вторым вертикально ориентированным опорным элементом, который имеет Г-образную форму, поперечно ориентированный и боковой. Консольные участки его эквидистантны аналогичным участкам первого опорного элемента, при этом эквидистантные боковые консольные участки обоих элементов расположены со стороны продольно-вертикальной плоскости симметрии стойки, противолежащей размещению на последней из осей поворота рычагов, которые расположены со стороны указанной плоскости симметрии, обращенной к кабине оператора. Контур П-образного выреза выполнен асимметричным, относительно продольно-вертикальной плоскости симметрии стойки. Вырез, противолежащий упомянутым участкам, а опорные плоскости поперечно ориентированных участков указанных элементов образуют с продольно-вертикальной плоскостью симметрии стойки острые углы с вершинами. Соответственно расположенных, один из них, обращен к открытому контуру П-образного выреза, а другой – в зоне пересечения названных плоскостей со стороны стойки, обращенной к осям поворота рычагов.
Также нововведением является то, что упор захватно-срезающего устройства имеет Г-образную форму, эквидистантную форме второго Г-образного опорного элемента и расположен в верхней части стойки над указанным элементом.
– улучшается обзорность конструктивных узлов машины;
– обеспечивается стабильная фиксация срезанных деревьев в ЗСУ;
– повышает производительность машины.
Рис. 1. Захватно-срезающее устройство
– усложняется работа гидропривода;
– повышается масса конструкции;
– затрудняется навод ЗСУ к дереву;
– ухудшается видимость оператора.
Патент № 2142222 «Захватно-срезающее устройство» (рис. 2). Устройство включает: стойку с проушинами, для соединения с рукоятью манипулятора, механизмом поворота устройства в продольной плоскости, первого, верхнюю и нижнюю опорные призмы, жестко связанные с концами стойки, зажимные крюки с приводами и механизм срезания с приводом. Отличается тем, что стойка выполнена в виде шарнирно сочлененного, посредством горизонтальных шарниров, четырехугольника, с приводом наклона его вертикальных сторон. Верхняя опорная призма и зажимной крюк с приводом установлены на верхней поперечине четырехугольника, а нижняя опорная призма, зажимной крюк и механизм срезания с приводом установлены на нижней поперечине четырехугольника, проушины жестко связаны с одной из поперечин.
Устройство отличается тем, что оно снабжено средней поперечиной шарнирного четырехугольника, шарнирно связанной с его вертикальными сторонами, а привод наклона вертикальных сторон соединен с шарниром средней поперечины и диагонально расположенным шарниром одной из других поперечин.
Устройство отличается тем, что проушины для соединения устройства с рукоятью манипулятора и механизмов его поворота жестко связаны со средней поперечиной.
Рис. 2. Захватно-срезающее устройство с гребенкой
– захват деревьев имеющих наклон;
– возможность поворота в продольной плоскости;
– подобная конструкция облегчает укладку деревьев в требуемом месте;
– не требует повышения затрат на изготовление.
– большие радиальные нагрузки;
– применение металлов высокого качества.
Патент № 426625 «Гидропривод механизмов срезания и повала деревьев валочной машины» (рис. 3). Гидропривод включает в себя гидроцилиндр рычага механизма повала, гидромотор механизма срезания, насос, напорные и сливные трубопроводы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и устойчивости работы механизмов срезания и повала при одновременной их работе, уменьшения количества сколов у деревьев, гидроцилиндр рычага механизма повала выполнен телескопическим. В его штоковую полость включены: обратный клапан и регулируемый дроссель, при помощи которого гидроцилиндр соединен с напорным трубопроводом.
– повышается надежность конструкции;
– повышается устойчивость работы механизмов срезания и повала при одновременной их работе;
– уменьшается количество сколов у деревьев.
Рис. 3. Принципиальная гидравлическая схема механизма срезания и повала деревьев
– усложняется работа гидропривода;
– повышается нагрузка на оператора, за счет увеличения рычагов управления.
Патент № 2204240 «Захватно-срезающее устройство лесозаготовительной машины» (рис. 4). Устройство содержит установленную на стреле манипулятора стойку, на которой смонтированы режущий орган, основные захваты с гидроприводом и подвижный захват-накопитель, который включает в себя шарнирно установленный на раме захвата-накопителя зажимной рычаг и перемещаемый вдоль стойки гидроцилиндром, корпус которого шарнирно смонтирован на стойке, а шток связан с рамой захвата-накопителя. Отличается тем, что конец штока гидроцилиндра выполнен с резьбовым участком, который выступает за пределы корпуса гидроцилиндра и взаимодействует с гайкой, закрепленной в шарнире зажимного рычага захвата-накопителя, а на конце резьбового участка штока жестко закреплена многогранная в поперечном сечении, перпендикулярном оси штока, насадка, смонтированная с возможностью продольного перемещения в направляющей идентичного сечения, закрепленной на раме захвата-накопителя.
– сложность привода с работу системы;
– заедание и истирание металла.
Рис. 4. ЗСУ лесозаготовительной машины
Патент № 2127038 «Лесозаготовительная машина» (рис. 5). Машина содержит самоходное шасси с кабиной оператора и технологическим оборудованием, имеющим гидроманипулятор, рукоять которого выполнена из кинематически связанных между собой секций, на концевой части на крайней из которых установлено захватно-срезающее устройство в виде стойки с поярусно расположенными захватами и пильным аппаратом со стороны нижнего из них, а также шарнирно соединенная с этой частью названной секции опора для взаимодействия с грунтом, которая кинематически связана со стойкой, а последняя – с упомянутой частью секции рукояти с возможностью поворота в вертикальной плоскости посредством гидроцилиндра в направлении рукояти, причем последняя снабжена дополнительным захватом для укладки дерева при его наклоне захватно-срезающим устройством, отличающаяся тем, что стойка захватно-срезающего устройства снабжена расположенными с тыльной ее стороны в зоне нижнего торца кронштейнами, которые шарнирно соединены с концевой частью крайней секции рукоятки, при этом ось поворота названного соединения смещена относительно продольной оси рукояти в зону тыльной поверхности последней, обращенной к стреле манипулятора, и расположена перед и выше оси поворота шарнирного соединения опоры с указанной частью этой секции, опора и стойка кинематически связаны между собой посредством выполненных на кронштейнах со стороны их, обращенной к оси шарнирного соединения опоры с секцией рукояти, криволинейных участков, взаимодействующих с названной осью при контакте опоры с грунтом, причем рукоять манипулятора снабжена механизмом продольного перемещения дерева вдоль ее оси, который выполнен в виде телескопического соединения секций рукояти, обеспечивающего кинематическую связь последних между собой, на неподвижной секции названного соединения расположены дополнительный захват, который снабжен ножевым контуром.
– большое число степеней свободы, что усложняет работу оператора;
– повышенный контроль за всеми механизмами;
– частый ремонт трущихся деталей;
– сложность подвода смазочных материалов.
Рис. 5. Лесозаготовительная техника
В ходе анализа производственных конструкций и патентно-аналитического обзора было установлено, что для модернизации рабочего органа валочно-пакетирующей машины наиболее целесообразным техническим решением будет патент № 2204240 «Захватно-срезающее устройство лесозаготовительной машины». Оборудование, описанное в патенте, подходит для дальнейшей модернизации, что значительно улучшит функциональные способности ВПМ. Будет произведена доработка рабочего оборудования, посредством добавления захватного рычага и гидроцилиндра управления. Данное решение позволит увеличить производительность машины.
Валочно-пакетирующими машинами
Валочно-пакетирующие машины применяются для спиливания деревьев и укладки их в пачки, удобные для последующей трелевки. Они, как правило, эксплуатируются в комплексе с трелевочными тракторами, оборудованными пачковыми захватами (скиддерами), или тракторами, оснащенными гидроманипуляторами.
Для валочно-пакетирующих машин следует отводить по возможности крупные лесосеки (более 50 га), которые рекомендуется разбивать на делянки площадью 5. 10 га, а ВПМ расставлять вдоль лесовозного уса на расстояние 150. .300 м друг от друга. Разрабатывать делянки ВПМ можно по нескольким технологическим схемам, выбор которых обусловлен природно-производственными условиями, таксационной характеристикой древостоя и лесохозяйственными требованиями.
Работы по освоению делянки ВПМ начинают с разрубки зоны безопасности, которая представляет собой полосу шириной 50 м, прилегающую к лесовозному усу. Зона безопасности необходима для разворотов машины, размещения погрузочного пункта, сучкорезной машины и погрузочных средств. В местах работы сучкорезной машины ширина зоны безопасности увеличивается до 70 м.
Сплошные рубки без сохранения подроста. Основной массив делянки разрабатывается лентами, ширина которых зависит от типа ВПМ и вылета манипулятора. В зависимости от расположения лент по отношению к лесовозному усу сложилось несколько технологических схем разработки делянок, основные из которых представлены на рис.2.7.
По схемам с разработкой делянки лентами, перпендикулярными лесовозному усу (рис. 2.7, а), ВПМ разрубает ленты последовательно, удаляясь и приближаясь к усу. При этом пачки деревьев укладываются впереди машины под углом 30 … 40º к направлению трелёвки или позади машины под углом 140 … 150º к направлению движения. Трелёвка деревьев производится после создания на лентах запаса пачек, обеспечивающего 50-метровый безопасный разрыв между ВПМ и трелёвочным трактором. При трелёвке скиддерами набор пачки деревьев объёмом, соответствующим его грузоподъёмности, производится за несколько приёмов, т.к. объём пачки, сформированной ВПМ с одной технологической стоянки, значительно меньше (в 2 … 4 раза) рейсовой нагрузки трелёвочного трактора. При трелёвке деревьев бесчокерными манипуляторными тракторами пачка деревьев формируется на конике трактора манипулятором.
Рис. 2.7. Схема разработки делянок ВПМ без сохранения подроста: 1 — лесовозный ус; 2 – зона безопасности; 3 – лесопогрузочный пункт; 4 – лента; 5 – ВПМ; 6 – трелёвочный трактор; 7 — растущий лес; 8 – пачки деревьев.
Схема разработки делянки лентами, параллельными лесовозному усу (рис.2.7, б), позволяет создавать запас пачек на делянках, что приходится делать при технологическом разрыве между валкой и трелёвкой. Её целесообразно использовать в равнинных лесосеках с грунтами хорошей несущей способности. Трелёвка пачек начинается после разработки всего массива делянки по кратчайшему расстоянию от места укладки пачек деревьев до погрузочного пункта поперёк разработанных лент.
Схема разработки делянки лентами по кругу (рис.2.7, в) рекомендуется при работе ВПМ на увлажнённых грунтах или при наличии внутри массива неэксплуатационных выделов, а также редколесья и болот.
При такой технологии в зависимости от направления трелёвки пачки деревьев укладываются ВПМ либо на вырубленную площадь за машиной, либо впереди машины под небольшим углом к ходу её движения. Благодаря широкому фронту работ трелёвка пачек может вестись с любого места, исключая зону безопасности вблизи ВПМ. При работе ВПМ по кругу сокращаются потери времени на развороты машины.
Сплошные рубки с сохранением подроста. Валочно-пакетирующие машины по своим конструктивным и технологическим параметрам могут разрабатывать делянки с частичным сохранением подроста. Для этого пачки деревьев ВПМ укладывает позади себя, на свой след по оси волока. В этом случае требуется строгое соблюдение постоянной ширины и параллельности разрабатываемых лент. Движение трелевочных тракторов с пачкой деревьев должно осуществляться строго по следу ВПМ. Поскольку деревья на ленту не укладываются, на ней сохраняется до 60 % имеющегося подроста. В зависимости от почвенно-грунтовых условий возможны несколько вариантов технологии разработки делянки ВПМ с частичным сохранением подроста (рис. 2.8).
Рис. 2.8. Схемы разработки делянок ВПМ с сохранением подроста: 1 — лесовозный ус; 2 – зона безопасности; 3 – лесопогрузочный пункт; 4 – ВПМ; 5 – пачка деревьев; 6 – магистральный волок; 7 – направление движения трелёвочного трактора.
Схема разработки делянки с трелевкой пачек деревьев на два лесовозных уса (рис. 2.8, а)применяется при хороших почвенно-грунтовых условиях, когда для строительства усов не требуется больших материальных и трудовых затрат (зимой, на песчаных и плотных грунтах летом). Основной массив делянки разрабатывается прямолинейными ходами ВПМ от одного уса к другому. При движении по лентам ВПМ укладывает пачки за собой комлями на двух смежных лентах в разные стороны. Трелёвка пачек ведётся попеременно к лесопогрузочным пунктам, расположенным у первого или второго лесовозного уса. Положительной стороной такой технологии является то, что ВПМ работает без холостых переездов. Однако протяженность лесовозных усов и среднее расстояние трелевки увеличивается вдвое.
На грунтах с низкой несущей способностью, где для строительства уса требуются значительные затраты, делянку разрабатывают по технологии, предусматривающей холостые переезды ВПМ и трелёвку пачек к одному усу.
Схема разработки делянки с трелевкой пачек деревьев по двум магистральным волокам (рис. 2.8, б) рассчитана на использование ее в равнинных лесосеках со слабыми грунтами. Такая технология предусматривает разработку лент ходами ВПМ параллельно лесовозному усу с разворотами по боковым границам делянки, где проложены магистральные волоки. При этом пачки деревьев укладываются на след ВПМ комлями в сторону волоков и трелюются поочередно к правому или левому магистральным волокам, а затем по ним — на погрузочные пункты, расположенные возле лесовозного уса.
Наряду с естественным лесовозобновлением на вырубках за счёт сохранённого при разработке лесосек подроста возможен совмещённый с рубкой способ лесовосстановления.
По этому способу перед съёмом ликвидной древесины, например, валочно-пакетирующей машиной, подрост на делянке выкапывается специальной машиной для заготовки и транспортировки подроста, а затем высаживается на этой же или ранее разработанной и очищенной от порубочных остатков соседней делянке. Для пересадки подроста применяются машина для бурения ямок и посадочная машина. Технология машинной выкопки и пересадки подроста, совмещённых с лесозаготовкой, исследована учёными МГУЛ и МарГТУ и описана в научном издании [28].
Трелёвка древесины
Трелёвкой называется перемещение деревьев, хлыстов или сортиментов от места валки на лесопогрузочный пункт (верхний склад). Трелёвка является самой энерго- и трудоёмкой операцией лесосечных работ и оказывает существенное влияние на почвенно-грунтовые условия будущей вырубки. Если древесина из лесосеки вывозится на нижний склад лесозаготовительного предприятия без перегрузки на погрузочном пункте (обычно на расстояние не более 10 км), то такой технологический процесс называется прямой вывозкой древесины.
