Как работает валочная машина
Харвестер — комбайн для автоматизированной валки леса
Еще полвека назад профессия лесоруба требовала большой физической силы и выносливости, а сегодня на лесозаготовках вместо лесорубов и трелевщиков, все больше требуются специалисты, знающие компьютер. Технический прогресс шагнул вперед настолько, что то, что считалось в 70-80 годах фантастикой, уже давно стало реальностью. И эта реальность такова, что харвестеры и форвардеры сегодня выступают как основные многоцелевые машины, способные выполнить самые сложные задачи на лесозаготовке.
История создания харвестера
Лесозаготовительный комбайн, а именно так изначально называлась валочная машина, в качестве рабочего образца в СССР был создан в 1984 году. Специалистами Карельского НИИ Леспрома были разработаны машины для валки деревьев и одновременно их раскряжевки. Прогресс заключался в том, что основную работу по валке деревьев выполнял агрегат, оснащенный манипулятором с захватом, на котором устанавливались пилы. Но это была первая машина лесозаготовительного комплекса. Производительность работы комплекса существенно повышалась за счет второй машины комплекса – комбайна для раскряжевки. Этот лесоповалочный комплекс обрабатывал древесину в два этапа – валочная машина осуществляла валку леса, а вторая машина осуществляла раскряжевку и резку деревьев по размеру. При этом лесозаготовка таким комплексом имела еще одни элемент – доставку заготовленного материала, обычно осуществляемого трелевочным трактором.
Новым этапом развития техники стало изобретение харвестерной головки, позволивший объединить две машины в один агрегат – харвестер, или лесозаготовительный комбайн. Новация заключалась в том, что действие по валке дерева и его начальной обработке совмещалось в одном устройстве – пильной головке.
С внедрением компьютерных технологий управление харвестером стало легче, оператор харвестера получил возможность контролировать все процессы. Начиная от определения объема заготовленной древесины и заканчивая определением геолокации выработки.
С момента появления прототипа принцип работы харвестера не изменился, но стал существенно отличаться благодаря новым функциям. Основное действие теперь сконцентрировано в одном агрегате – головке с несколькими пилами. Поперечная пила применяется для валки деревьев и резки согласно сортаменту, другие пилы используются для удаления веток и сучьев. Гусеничный харвестер со временем был заменен машиной, на более универсальной, колесной платформой.
Что такое современный харвестер было представлено в 1996 году John Deere – именно он выпустил машину, которую можно назвать первым современным харвестером.
Развитие этого вида техники привело к появлению нескольких видов таких машин. Мини версию можно увидеть не только в лесу, в Москве тоже нашлось применение этому виду техники. Эти машины незаменимы в лесной и парковой зонах столицы. Что касается транспортировки, то на замену тяжелому гусеничному трактору пришла концепция форвардера – колесного трактора с манипулятором и кузовом для перевозки древесины.
Устройство и принцип работы комбайна
Производители харвестеров чаще всего используют переломную схему компоновки машины. В большинстве моделей отсутствует цельная рама шасси, исключение составляет модели на гусеничном ходу. Устройство харвестера состоит из таких частей и агрегатов:
- переломное шасси;
- дизельный двигатель;
- система управления;
- гидравлическая система;
- электрооборудование;
- трансмиссия;
- манипулятор;
- харвестерные головки.
Харвестер – самоходный лесозаготовительный комбайн в качестве двигателя имеет мощный 6 или 8 цилиндровый дизельный двигатель. Мощность двигателя обеспечивает работу электрооборудования и гидравлической системы машины. Гидравлическая система обеспечивает выполнение основных функций манипулятора – вынос рабочего органа, захват и удержание спиленного дерева, раскладка спиленной древесины. Гидравлика, кроме того, обеспечивает работу тормозной системы и установку наклона кабины оператора. Электрооборудование обеспечивает работоспособность системы управления. Трансмиссия обеспечивает передвижение машины, в том числе и по сильнопересеченной местности.
Отдельным элементом выступает манипулятор с рабочим органом – харвестерной головкой, он обеспечивает поднос валочной головки к дереву, захват и удержание ствола, перемещение обработанной части к месту складирования.
Харвестерные головки включают в себя несколько механизмов:
- механизм валки и раскряжевки;
- механизм протяжки;
- механизм обрезки веток и сучьев.
В этих механизмах имеются гидроприводы пильных ножей и цепного механизма, подвижные сучкорезные ножи и поперечная цепная пила, четырехвальцовый протяжный и тормозной механизмы.
Принципы работы
Принцип работы харвестера основан на комплексном решении задач в условиях сплошных или выборочных валок леса. Предназначенная для валки машина обеспечивает выполнение ряда других сопутствующих задач:
- раскряжевки;
- обрезки сучьев;
- раскладку сортамента;
Производительность машины зависит от модификации – самые мощные имеют цепные пилы с длиной шины 750 мм и применяются для лесозаготовки в таежных массивах. Вид мини харвестеров предназначен для обрезки сучьев и прореживания деревьев в лесопарковой зоне, работает такая техника в основном в молодых насаждениях, где деревья имеют стволы до 40 см в диаметре.
Общая схема работы лесного комбайна имеет следующий вид:
- Оператор харвестера, пользуясь навигацией, пригоняет машину на участок лесозаготовки;
- В параметрах компьютера задается сортамент заготовляемой древесины;
- Машина подгоняется к дереву и разворачивает манипулятор;
- Оператор подводит валочный узел к дереву у основания и делает захват;
- Цепная пила спиливает ствол, после чего манипулятор кладет дерево на грунт;
- Устройство протяжки протягивает ствол, параллельно ножи обрезки срезают ветви и сучья;
- Достигнув заданной длины отрезка, пила делает рез;
- Получившийся отрезок манипулятор складывает в штабель для погрузки на форвардер.
Преимущества и недостатки харвестеров
Как и для большинства видов узкоспециализированной техники харвестеры обладают как положительными сторонами, так и недостатками. К преимуществам стоит отнести:
- Харвестер, может работать в разных климатических и погодных условиях, в сложных формах рельефа;
- Машина применяется как лесорубочный комплекс при сплошной валке леса, прореживании и санитарной рубке;
- С применением харвестера повышается культура производства, снижается количество отходов, ведется анализ объемов вырубки, сортамента продукции;
- Повышается производительность труда.
С другой стороны, к недостаткам нужно отнести:
- Необходимость специальной подготовки оператора харвестера;
- Машина используется в комплексе с транспортным средством, поэтому необходима покупка форвардера;
- Машина отлично работает в лесу на равнине, и на небольших уклонах, для больших углов наклона большинству машин работать опасно;
- При промышленной заготовке не все виды машин смогут справиться с большими диаметрами деревьев. Поперечные пилы имеют максимальную длину 75 см.
Виды лесозаготовительных комбайнов
Классификация комбайнов сегодня делается в основном по назначению машины и возможностей его использования. На основании описания и устройства машин можно выделить следующие типы харвестеров:
- легкий тип машин – предназначен для работы в лесопарковой зоне городов, основное назначение – резка сучьев и деревьев диаметром от 50 до 400 мм
- средние машины – универсальный тип машин для валки деревьев диаметром 500 мм.
- тяжелый лесозаготовительный комбайн – выполняет основную работу по валке промышленным способом на участках сплошных вырубок;
- сверхтяжелые харвестеры – используются в качестве основной рабочей техники в реликтовых лесах, где нужен захват стволов в 1 метр и более.
Технические характеристики
Представить, что такое харвестер, можно изучив технические характеристики John Deere 1270D.
Устройство валочной машины ВМ-4
Первой серийной машиной в СНГ, появившейся на лесосечных работах и способной производить направленную валку деревьев, была гусеничная, узкозахватная валочная машина флангового действия ВМ-4 на базе гусеничного трактора ТТ-4, производства Абаканского машиностроительного завода (РФ). Эта машина позволяла облегчить труд лесозаготовителей, заменяя трудоемкую и травмоопасную операцию механизированной валки на машинную. Фланговые рычажные валочные машины позволяли за один проход осваивать полосу леса шириной до 2,5 м. Они относятся к группе узкозахватных машин.
Валочные машины предназначены для срезания деревьев с корня и сталкивания их в заданном направлении. Машины ВМ-4, ВМ-4А, ВМ-4Б применяются в лесонасаждениях со средним объемом хлыста 0,5 м 3 и более при сплошных рубках на лесосеках, где отсутствует жизнеспособный подрост или не требуется его сохранять. Для валки деревьев в насаждениях со средним объемом хлыста до 0,3 м 3 выпускается малогабаритная валочная машина ВМ-55.
Машина ВМ-4 (рисунок 5.1) сконструирована на базе гусеничного трелевочного трактора ТТ-4. Она состоит из ходовой части 1 базового трактора и навесного технологического оборудования, установленного на раме трактора, и включает следующие основные узлы: механизм срезания дерева с подвеской 2, механизм направленного повала дерева 5, снегоочиститель, гидросистему, кабину 3 и ограждение кабины 4, а в машинах, оснащенных коником – технологический рычаг погрузки комля дерева 6. Валочную машину обслуживает один человек.
а)
б)
а – вид машины спереди; б – вид машины сзади:
1 – ходовая часть; 2 – механизм срезания деревьев; 3 – кабина;
4 – ограждение кабины; 5 – механизм повала деревьев;
6 – технологический рычаг; 7 – снегоочиститель
Рисунок 5.1 – Валочная машина ВМ-4
Технологический цикл валки деревьев машиной ВМ-4 складывается из следующих приемов: подъезд машины к дереву, наводка механизма срезания на дерево, наводка валочного рычага, спиливание дерева и его сталкивание. При работе машины с перекидыванием, кроме того, выполняется откидывание технологического рычага и происходит перекидывание комля дерева через машину. При снежном покрове высотой более 50 см снег расчищают около срезаемых деревьев для заглубления механизма срезания.
Подъезд машины к дереву выполняется с таким расчетом, чтобы валить дерево в направлении, наиболее удобном для последующей трелевки трактором. Направление подъезда машины определяется заданной технологией работы машины – без перекидывания комля дерева через машину или с перекидыванием.
При работе без перекидывания машина должна подъезжать параллельно стене леса. В этом случае спиленное дерево падает параллельно стене леса. При работе с перекидыванием машина подходит к дереву с небольшим поворотом (на угол 10–15°) со стороны вырубки. Этот маневр позволяет свалить дерево так, что между его вершиной и стоящими деревьями образуется проход шириной 2–3 м.
Механизм срезания дерева с подвеской 2 предназначен для обеспечения беззажимного срезания дерева и направленной его валки. Применяются цепные пильные механизмы с гидроприводом. Подвеска служит для крепления механизма срезания на машине и ориентации последнего относительно спиливаемого дерева.
Механизм срезанияв исходном транспортном положении находится над левой гусеницей. С помощью подвески он может быть выдвинут влево на расстояние 1 м и опущен вниз на 1,1 м. С учетом длины пильной шины общая ширина рабочей зоны составляет 2 м. Консольная пила механизма срезания оснащена пильной цепью ПЦУ‑30, которая имеет скорость резания 18,5 м/с, среднюю скорость надвигания 6–8 м/с и ширину пропила 24 мм. Максимальный диаметр срезаемого дерева 120 см.
Пильный механизм подводится к дереву так, чтобы высота пня была наименьшей – не более одной трети диаметра дерева в месте реза, а при срезании деревьев диаметром до 30 см – не более 10 см. Наведение пильного механизма обычно совмещается по времени с выдвижением механизма срезания.
К дереву машина подъезжает таким образом, чтобы расстояние между деревом и гусеницей составляло не менее 0,7 м. Механизм срезания выдвигается с расчетом, чтобы серединой пильной шины срезалась центральная часть дерева в плоскости спиливания. При этом зазор между корпусом механизма срезания и деревом должен быть не менее 15 см.
Находящийся в зоне наводки подрост и кустарник, который мешает нормальной работе машины и ухудшает обзорность, должен в процессе наводки отгибаться, а непосредственно у дерева — подминаться или срезаться.
Когда недопил станет не более 0,1 диаметра ствола дерева, пильный механизм оператором отводится в исходное положение, одновременно вводится в действие механизм направленного повала дерева 5 и валит дерево на технологический рычаг 6 либо на землю.
Механизм направленного повала деревапредставляет собой рычажно-телескопическую конструкцию, установленную на ограждении кабины оператора (рисунок 5.2).
1 – наружная балка; 2 – выдвижнаябалка; 3 – рычаг упора; 4 – тяга;
5 – поворотный рычаг; 6 – гидроцилиндр выдвижения балки;
7 – гидроцилиндр валки; 8 – опорная плита; 9 – ось
Рисунок 5.2 – Механизм направленного повала машины ВМ-4А
Механизм направленного поваласостоит из наружной 1 и выдвижной 2 балок, рычага упора 3, тяги 4, поворотного рычага 5 и гидроцилиндров выдвижения 6 и валки 7. Наружная 1 и выдвижная 2 балки телескопически установлены одна в другую. Наружная балка 1 закреплена шарнирно в кронштейне на правой стороне ограждения кабины и опирается своей опорой на плиту 8, по которой скользит во время валки дерева и отвода в исходное положение. При этом перемещение в горизонтальной плоскости наружной балки 1 осуществляется гидроцилиндром 7, головка штока которого крепится к проушинам балки 1, а задней крышкой – к кронштейну ограждения кабины.
Тяга 4, поворотный рычаг 5 и гидроцилиндр 6 обеспечивают кинематическую силовую связь между наружной 1 и выдвижной 2 балками механизма валки деревьев. Для обеспечения направленной валки деревьев в выдвижной балке 2 с помощью оси установлен упор 3, открывающийся под действием пружины при выдвижении балки 2 и утапливающийся в транспортное положение при возвращении балки 2 в наружную балку 1.
Работает механизм валки деревьев следующим образом: после остановки валочной машины около дерева балка 2 выдвигается гидроцилиндром 6 до упора рычага 3 в дерево, затем дерево предварительно поджимается балкой 2 с помощью гидроцилиндра 7 с последующей (после спиливания) валкой дерева этим гидроцилиндром.
Процесс спиливания деревьев должен быть четко взаимоувязан по времени и усилиям с приемом сталкивания. Если усилие нажатия приложено к дереву преждевременно, может произойти скол ствола или образоваться трещины. Если усилие нажатия запаздывает, возможен зажим пилы и падение дерева в произвольном направлении.
В связи с вышеизложенным выдвижение валочного рычага должно производится одновременно с наводкой механизма срезания на дерево. Оно заканчивается касанием дерева рычагом и внедрением шипов в кору.
Угол поворота балок относительно оси 9 составляет не более 22° и они могут выдвигаться влево от машины на 1,9 м создавая усилие до 24,6 кН. Усилие прикладывается к дереву на высоте 3 м от опорной поверхности гусениц. Минимальный валочный (опрокидывающий) момент равен 75 кН·м.
Технологический рычаг 6 (рисунок 5.1) служит для перекидывания комля дерева через машину и шарнирно крепится к раме базового трактора. Рычаг имеет два положения – транспортное и рабочее. Грузоподъемность технологического рычага составляет 3 тонны. При перекидывании комля дерева через машину технологический рычаг опускается на землю. Это делается одновременно с наводкой механизма срезания и выдвижением валочного рычага. Дерево падает на рычаг комлевой частью – на расстоянии 1,4–1,6 м от комлевого среза. После перевода механизма срезания и механизма повала дерева в исходное положение включается цилиндр технологического рычага и комель дерева переносится через машину. Расстояние, на которое перекидывается комель, составляет 4,5–5 м, что вполне достаточно для следующего прохода машины.
Снегоочиститель 7 (рисунок 5.1) установлен впереди кабины и срезающего механизма и представляет собой выдвижной отвал, уп-равляемый с помощью гидроцилиндра. При высоте снежного покрова до 50 см механизм срезания заглубляется за счет уплотнения снега при опускании и наводке механизма срезания. При высоте снежного покрова более 50 см очиститель расчищает траншею, в которую затем опускается пильная шина. Поворот пильной шины и срезание дерева происходит под снегом.
Ограждение кабины 4 (рисунок 5.1) защищает кабину оператора сверху и сзади, обеспечивает его безопасную работу, и является основанием для крепления механизма направленного повала деревьев.
Однако, валочная машина имеет целый ряд существенных недостатков.
Отсутствие гидроманипулятора (узкозахватность) приводит к тому, что при производстве работ машина вынуждена подъезжать к каждому дереву, что ведет к уничтожению подроста и увеличивает время рабочего цикла.
Вследствие небольшой энергоемкости процесса валки деревьев экономический эффект от применения валочных машин в чистом виде крайне незначителен, а с учетом экологических последствий часто отрицательный.
Использование валочных машин экономически не эффективно из-за ее низкой производительности по сравнению с многооперационными машинами, а себестоимость заготовки леса с их помощью значительно выше, чем при применении бензиномоторных пил.
Из-за перечисленных недостатков применение валочных машин на лесосечных работах сокращается, но они могут использоваться для разрубки просек при строительстве дорог, линий связи и электропередач, в условиях техногенного загрязнения лесов и в зонах стихийных бедствий.
В настоящее время в РФ выпускается универсальная малогабаритная валочная машина ВМ-55 (рисунок 5.3).
ВА́ЛОЧНАЯ МАШИ́НА
В книжной версии
Том 4. Москва, 2006, стр. 544-545
Скопировать библиографическую ссылку:
ВА́ЛОЧНАЯ МАШИ́НА, лесозаготовительная машина, предназначенная для срезания и повала деревьев на лесосеке. В зависимости от выполняемых дополнит. операций различают валочно-сучкорезные, валочно-трелёвочные, валочно-пакетирующие, валочно-сучкорезно-раскряжёвочные (харвестеры), валочно-сучкорезно-трелёвочные машины; по виду движителя – гусеничные, колёсные, шагающие; по ширине обрабатываемой полосы леса – узкозахватные (без гидроманипулятора), широкозахватные (с гидроманипулятором); по направлению действия технологич. оборудования – фланговые, фронтальные, полноповоротные. В. м. используются при сплошных рубках леса, для прореживания и ухода за ним, а также при прокладывании ЛЭП, строительстве дорог. На лесозаготовках узкозахватные В. м. применяются редко, т. к. в процессе работы им необходимо приближаться к каждому дереву. Широкое распространение получили валочно-пакетирующие машины (ВПМ) манипуляторного типа, выполняющие валку деревьев на полосе шириной до 20 м и при необходимости – выборочную валку, сохраняя жизнеспособный подрост деревьев. Такие ВПМ относятся к группе широкозахватных машин и позволяют с одного рабочего места спиливать неск. деревьев и формировать их в пачки на земле. Узлы машины смонтированы на шасси трелёвочного трактора с использованием экскаваторной платформы, манипулятора и захватно-срезающего устройства (рис.). В. м. оснащаются цепным пильным аппаратом; при заготовке тонкомерных деревьев (диаметром до 30 см) могут применяться аппараты силового резания (типа гидрофициров. ножей). Мощность двигателя В. м. до 125–165 кВт; вылет стрелы манипулятора – до 10 м; макс. диаметр ствола дерева в месте пропила до 90 см. В. м. с харвестерной головкой выполняют валку деревьев, обрезку сучьев, раскряжёвку хлыстов на сортименты, пакетирование выпиленных сортиментов. Захватно-срезающее устройство ВПМ дополнительно может оснащаться корнеперерезающим устройством. Валка деревьев с корнем позволяет максимально использовать биомассу дерева и улучшает условия подготовки почвы для последующего лесовосстановления.
Валочные машины и комбайны для очистки древесины
Валочные машины и комбайны для очистки древесины
Основные операции по лесозаготовительным работам заключаются в валке леса и последующей очистки древесины от сучье, верхушки и коры. Очистка древесины включает в себя срезание сучьев и верхушки деревьев, а также раскряжевку – удаление коры. Очищенное от сучьев и верхушки дерево называется хлыстами. Дальнейшей операцией лесозаготовительных работ является обмер и сортировка хлыстов. Отсортированная по параметрам древесина называется сортиментом.
Для валки древесины используются валочно-пакетирующие, валочно-трелевочные, валочно-сучкорезно-раскряжевочные машины. Также широкое распространение нашел многофункциональный автоматизированный лесной комбайн – харвестер.
Для обрезки сучьев применяются самоходные сучкорезные машины, а также сучкорезно-раскряжевочные машины. Лесные машины и оборудование для первичной обработки древесины используются на нижних складах лесозаготовительных участков, биржах сырья лесной индустрии, а также на деревообрабатывающих предприятиях.
В некоторых районах, например с горным рельефом или с грунтами низкой несущей способности в процессе валки древесины, обрезке сучьев лесозаготовительные компании используют специальные моторные инструменты.
Валочно-пакетирующая машина
В ходе лесозаготовительного процесса валку деревьев осуществляют механическим способом, например, с помощью валочно-пакетирующей машиной. В основе механизма такой машины находится цепная пила. Валочной машиной называется лесной комбайн, с помощью которого возможно выполнить четыре операции на лесозаготовительной площадке. В настоящее время в лесозаготовительной деятельности широко используются валочно-пакетирующие машины, которая кроме валки деревьев осуществляет также и пакетирование бревен в штабеля.
Конструкция валочно-пакетирующей машины предусматривает спиливание и укладку деревьев по одному, поэтому данный механизм эффективнее применять для крупномеров. В лесозаготовке также используется валочно-пакетирующая машина с прогрессивным механизмом пакетирования деревьев – в основе такой машины лежит дисковая пила и механизм накапливания деревьев в захвате. С помощью эта машины возможно спиливание деревьев диаметром до 52 см.
Лесной комбайн «Валочно-сучкорезно-раскряжевочная машина» снабжен прогрессивным автоматизированным харвестерным оборудованием и автоматизированной системой измерения сортиментов.
Валочно-сучкорезно-раскряжевочная машина, в зависимости от выбранной лесозаготовительной компании технологической схемы используется для получения сортиментов непосредственно у пня. Также возможно получения формирование «хлыстов» или сортиментов на верхнем складе или же вблизи погрузочной площадки.
Валочная машина «Стреловой погрузчик с полноповоротным грейферным захватом» предназначена для погрузки и выгрузки. Также с помощью этой машины возможна укладка древесины в штабеля и последующая сортировка хлыстов и бревен, а также различных видов длинномерных грузов (столбы, прокат, балки, рельсы, трубы и др.).
Существует несколько видов машин, предназначенных для валки леса. Среди них – валочно-пакетирующая машина ЛП-19 (ЛП-19А, ЛП-19Б). Это самоходная машина, разработанная работа на лесозаготовительном участке по хлыстовой технологии древесины, лесозаготовительных работ по хлыстовой технологии заготовки древесины . Ранее Валочно-пакетирующая машина ЛП-19 выпускалась Йошкар-Олинским заводом лесного машиностроения Минстройдормаша. На сегодняшний день ЛП-19 выпускается в городе Йошкар-Ола на фирме «Лестехком»
Следующая машина, предназначенная для валки леса – «Валочно-пакетирующая машина с традиционным механизмом срезания и пакетирования деревьев». Принцип механизма – цепная пила. «Валочно-пакетирующая машина с традиционным механизмом срезания и пакетирования деревьев» осуществляет рубку деревьев диаметром до 90 см. Машина укладывает сортименты в пакеты, удобные для последующей транспортировки трелёвочным трактором.
Харвестер
Лесозаготовительный многофункциональный комбайн – харвестер способен выполнять более четырех видов операций на лесозаготовительном участке. Харвестер не только валит деревья, но и очищает стволы деревьев от сучков и верхушек. Также с помощью харвестера возможна раскряжевка – освобождение древесины от коры. Уникальное отличие харвестера от других видов валочных комбайнов состоит в том, что эта лесозаготовительная машина снабжена компьютером, который установлен в кабине оператора. Поэтому процесс лесозаготовки, который осуществляется с помощью харвестера полностью автоматизирован.
Оператор, который работает на харвестере, не только управляет процессом очистки древесины, но и обеспечивает распределение хлыстов по сортиментам. При этом важно отметить, что компьютерная программа харвестера позволяет автоматизировать процесс замеров, определения сортности и качества хлыстов. Задавая определенные параметра в соответствии с назначением древесины, оператор харвестера формирует сортименты указанных параметров. Более того в компьютерную базу заносится вся информация по объемам поваленных и сортированных деревьев.