В настоящее время сложилась неопределенность в терминологии лесозаготовительного производства. Ряд авторов учебников, учебных пособий и монографий, посвященных вопросам лесоэксплуатации, применяют термин «лесозаготовительные машины», другие авторы используют термин «лесные машины». В преамбуле статьи хотелось бы дать пояснение по разнице этих понятий.

 

Строго говоря, более широким термином является понятие «лесная машина», который охватывает все машины, участвующие в процессе лесозаготовок и лесовосстановления – трелевочные тракторы, сучкорезные машины, сучкорезно-раскряжевочные машины (процессоры), валочные машины, и т.д.

 

Термин «лесозаготовительные машины» относится к машинам, которые могут валить деревья, и выполнять еще ряд последующих операций – валочные машины (ВМ), валочно-пакетирующие машины (ВПМ), валочно-трелевочные машины (ВТМ), валочно-сучкорезно-раскряжевочные машины (ВСРМ), также называемые харвестеры и т.д.

 

Все лесозаготовительные машины можно классифицировать по следующему ряду признаков:

• виду движителя: гусеничные, колесные, шагающие;
• числу выполняемых технологических операций: однооперационные (валочные) и многооперационные;
• виду выполняемых технологических операций: валочные (ВМ); валочно-трелевочные (ВТМ); валочно-пакетирующие (ВПМ); валочно-сучкорезно-раскряжевочные (ВСРМ), также называемые харвестерами; валочно-сучкорезные;
• применению в сортиментной или хлыстовой технологии заготовки: машины для хлыстовой технологии (ВМ, ВТМ, ВПМ, и пр., в результате работы которых происходит заготовка деревьев или хлыстов) и машины для сортиментной технологии (ВСРМ) в результате работы которых производится заготовка сортиментов;
• ширине обрабатываемой полосы леса: узкозахватные (без гидроманипулятора); широкозахватные (с гидроманипулятором);
• направлению действия технологического оборудования: фланговые, фронтальные, полноповоротные.

 

Хлыстовая технология заготовки древесины является наиболее распространенной в РФ в настоящее время, на нее приходится около 65 % всего заготовляемого леса, а в США и Канаде более 85%.

 

Наиболее производительными машинами, применяемыми для хлыстовой заготовки древесины в нашей стране и за рубежом, являются гусеничные широкозахватные, полноповоротные валочно-пакетирующие машины. Эти машины производятся как отечественными машиностроительными заводами, например, машина известной марки ЛП-19, так и рядом известных зарубежных фирм.

 

В таблице 1 приведены технические характеристики ряда импортных ВПМ, а на рис. 1 их принципиальные компоновки.

 

Таблица 1. Техническая характеристика валочно-пакетирующих гусеничных машин

Компания	Модель	Мощ- ность, кВт	Масса, кг	Гидроманипулятор		Харвестерная или валочная головка
				Максим. вылет стрелы, м	Грузопод. при макс. вылете стрелы,кг	Макс. диаметр валки, мм	Площадь накопи- теля,м2
John Deere         Valmet       Tigercat	853J 903J 953J 909J 959J 430 FX 430 FXL 475 FX 475 FXL 822 L830	190 190 205 205 205 224 224 246 246 176 176	30260 32620 35160 38110 40490 27660 27290 35470 37195 23590 25075	8,36 8,36 8,69 8,36 8,36 6,53 6,53 7,27 7,27 8,3 8,3	2770 2770 3555 3555 3555 - - - - 3950 3950	560 590 610 610 610 600 650 700 700 560 610	0,45 0,48 0,54 0,54 0,54 0,5 0,5 0,57 0,57 0,48 0,54

 

При разработке лесосек ВПМ выполняют процесс срезания дерева, вынос к месту пакетирования и укладку в пакет. С одной стоянки ВПМ может срезать деревья, расположенные на расстоянии от минимального вылета манипулятора до максимального вылета манипулятора, расположенных справа, слева и впереди направления движения ВПМ. При увеличении вылета манипулятора увеличивается опрокидывающий момент, относительно оси поворота платформы ВПМ, который создается действием масс манипулятора и дерева. Опрокидывающий момент компенсируется удерживающим моментом, создаваемым противовесом, включающим массу различных узлов и деталей ВПМ, расположенных на противоположной стороне относительно оси поворотной платформы.

 

В настоящее время устойчивость ВПМ обеспечивается тем, что масса противовеса рассчитывается на максимальную, для конкретной марки ВПМ массу срезаемого дерева (или деревьев, при наличии накопителя в ЗСУ), что приводит к тому, что масса ВПМ очень велика (это хорошо видно из табл. 1), перегружается ходовая часть, поворотный механизм, и другие узлы ВПМ, увеличивается давление машины на почво-грунт лесосеки, появляются существенные ограничения на их применение в условиях почво-грунтов III и IV категории.

 

Ряд ВПМ имеет механизмы, обеспечивающие устойчивость ВПМ при работе на поперечных склонах, путем наклона поворотной платформы относительно ходовой системы (Timber Pro). Однако такие механизмы не обеспечивают уменьшения массы противовеса, а, следовательно, и ВПМ в целом.

 

В 70-х 80-х годах прошлого века была разработана ВПМ ЛП-2 (Дятел), оснащенная аутригерами, которые воспринимали опрокидывающий момент. Такое решение позволяет снижать массу противовеса, или совсем от него отказаться, но аутригеры и их привод надо устанавливать.

 

Смещение крепления стрелы к центру вращения, или даже за центр вращения, обеспечивает устойчивость ВПМ за счет распределения нагрузки от опрокидывающего момента на ходовую систему, а не его уравновешивание, что заставляет увеличивать и укреплять как ходовую систему, так и узлы поворотного механизма. Кроме того, такое крепление стрелы требует либо ее удлинения, либо уменьшения ширины разрабатываемой полосы леса, что приводит к ряду отрицательных явлений.

 

У ВПМ ЛП-135 установлен механизм поворота ЗСУ на ±15 градусов, что позволяет машине успешно работать на боковых склонах, однако и это не решает вопрос устойчивости ВПМ и снижения ее массы.

 

Сотрудниками Лесоинженерного факультета СПбГЛТУ, в рамках научной школы «Инновационных разработок в области лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства», разработана новая конструкция ВПМ, позволяющая существенно уменьшить их массу, при сохранении остальных технических и тех-нологических характеристик.

 

Для уменьшения массы ВПМ предлагается: разместить противовес 12, включающий узлы и детали ВПМ, а именно двигатель ВПМ, гидронасосы, топливный бак и бак для гидромасла, гидрораспределители, комплекты ЗИП и ключей и т.д. на основании 10, которое может смещаться относительно оси поворота платформы 9 с помощью гидроцилиндра 11, штоковая часть которого крепится к поворотной платформе 9, а поршневая часть крепится к основанию 10 (рис. 3 и 4).

 

Механической рычажной системой, состоящей из коромысла 13, которое крепится на оси опоры 14, установленной на поворотной платформе 9, и рычагов 15, один из которых крепится к стреле и коромыслу, а другой к основанию и коромыслу (рис. 5).

 

При использовании гидроцилиндра 10 для автоматизированной регулировки устойчивости ВПМ, необходима система управления гидрораспределителями гидроцилиндра, включающая тензодатчики, воспринимающие нагрузки от изменения опрокидывающего момента и соответственно управляющие перемещением противовеса или датчики изменения давления в гидросистеме подъема стрелы и соответственно управляющие перемещением штока гидроцилиндра 10, также воспринимающим нагрузки как от действия массы стрелы с захватно-срезающим устройством (ЗСУ) и массы перемещаемого дерева, что позволяет уравновешивать опрокидывающий и удерживающий моменты (рис. 3 и 4).

 

Механическая рычажная система производит перемещение противовеса 12 при изменении положения стрелы 8, что не всегда позволяет уравновешивать опрокидывающий и удерживающий моменты, так как масса перемещаемых деревьев будет различной (рис. 5).

 

Предлагаемое устройство автоматизированной регулировки устойчивости ВПМ требует разработки системы управления работой гидроцилиндра 11, смещающего противовес, расчетов масс противовеса с одной стороны, ЗСУ, стрелы и деревьев с другой стороны для различных типов ВПМ, расчет конструктивных элементов ВПМ – поворотной платформы, гидроцилиндра перемещения, основания, узлов крепления. Прикидочные расчеты показывают, что при массе противовеса в 3 тонны его смещение на 1 метр от оси поворота, создает удерживающий момент 3 т•м, на 2 метра – 6 т•м, что позволяет реально снизить массу машины не менее чем на 30%.

 

Формула разработанной полезной модели (Патент РФ № 116013 от 20.05.2012 г.) сформулирована следующим образом: валочно-пакетирующая машина, включающая ходовую систему, поворотную платформу со смонтированным на ней манипулятором, содержащим стрелу, рукоять и захватно-срезающее устройство, а также - противовес, отличающаяся тем, что она снабжена устройством обеспечения ее устойчивости, выполненным с возможностью саморегулирования ее устойчивости в зависимости от величины вылета стрелы манипулятора и массы срезаемых деревьев, при этом устройство обеспечения устойчивости содержит кинематически связанное рычажной системой со стрелой манипулятора - горизонтально подвижное основание, привод перемещения которого содержит гидроцилиндр, штоковая часть которого прикреплена к поворотной платформе, а поршневая - к подвижному основанию, причем противовес размещен на горизонтально-подвижном основании.

 

В заключении следует отметить, что предлагаемое совершенствование конструкции машины может касаться не только ВПМ, но и харвестерных машин на базе экскаваторов, непосредственно экскаваторов, и других машин различного назначения, которые поднимают грузы на вылете манипулятора.