Основу современной полностью машинизированной сортиментной технологии составляют харвестеры (валочно-сучкорезно-раскряжёвочные машины манипуляторного типа) и форвардеры (самозагружающиеся машины для трелёвки сортиментов в полностью погруженном положении – подборщики-сортиментовозы).
В настоящее время наибольшее распространение получили однозахватные (одномодульные) харвестеры. Именно этот тип манипуляторных машин используется для механизации рубок ухода.
Большинство машин данного типа представляет собой колесное шасси с шарнирно-сочлененной рамой. Колесная формула, как правило, 8х8 и 6х6 для достаточно мощных моделей и 4х4 – для более легких и маневренных. Незначительная часть харвестеров базируется на экскаваторных гусеничных шасси (Ляннен Лако, МЛ-20, CombiCat 4.3s, AFM-Magnum и AFM-60). Ряд моделей имеет специальные гусеничные или полугусеничные шасси, обеспечивающие работу машин на заболоченных участках с низкой несущей способностью грунтов (NOKKA 16WD, Farmi Trac 575H), или в качестве базового шасси используется сельскохозяйственный трактор (Patu 400 SH, FARMI). Ширина шин или гусениц обеспечивает достаточную проходимость при низком уровне удельного давления на грунт (примерно 40-50 кПа).
По общему компоновочному решению машин их можно разделить на две группы:
Манипуляторы, устанавливаемые на харвестерах, имеют в основном достаточно сложную комбинированную конструкцию с вылетом около 10 метров и грузовым моментом 90–100 кНм. На конце манипулятора навешивается харвестерная головка. При этом одна и та же модель харвестера может оснащаться различными альтернативными головками, отвечающими требованиям заказчика по условиям характеристик древостоя и способа рубок. Управление манипулятором и харвестерной головкой электрогидравлическое с помощью двух рычагов, размещаемых на подлокотниках сидений.
Харвестерные головки предназначены для захвата растущего дерева, его срезания, валки с последующим протаскиванием через сучкорезные ножи, смонтированные непосредственно на самой головке, и раскряжёвке ствола на сортименты различной длины. Таким образом, харвестерная головка объединяет в себе захватный механизм, срезающе-раскряжёвочное устройство, валочное устройство, сучкорезно-протаскивающий механизм.
Харвестерная головка представляет собой металлическую сварную раму, на которой монтируются захватные рычаги, управляемые гидроцилиндрами. На концах рычагов смонтированы высокомоментные гидравлические моторы. На выходные валы моторов установлены барабаны (вальцы) протаскивающего механизма. Вальцы с помощью гидроцилиндров управления захватными рычагами прижимаются к дереву и удерживают последнее в силовом контуре харвестера при валке. При этом вальцы блокируются от проворачивания. После валки дерево вращающимися вальцами протаскивается относительно сучкорезных ножей. Конструктивное исполнение вальцов и используемые материалы достаточно разнообразны. Однако главным требованием к их конструкции является низкая повреждаемость обрабатываемого ствола при достаточных усилиях протаскивания, обеспечивающего качественную обрезку сучьев.
Сучкорезные ножи (подвижные и неподвижные) также смонтированы на раме головки. На разных моделях харвестеров число ножей различно (от 3 до 5). На ряде моделей привод прижима рычагов протаскивающих барабанов механически объединен с приводом сучкорезных ножей на охват ствола (Valmet 935, 945, 948, 955, 960), на других моделях привод ножей независимый (FMG 730, 740, 746, 762). На нижней части рамы размещается пильный механизм для срезания дерева при валке и раскряжёвке его на сортименты после обрезки сучьев. Привод всех механизмов харвестерной головки – гидравлический.
Харвестерная головка навешивается на конце рукояти или телескопической стрелы манипулятора через поворотный ротатор и связанную с ним скобу валочного устройства. Относительно скобы головка может поворачиваться из вертикального в горизонтальное положение с помощью гидроцилиндра.
Процессы протаскивания дерева через сучкорезные ножи, отмера длин сортиментов и раскряжёвки автоматизированы на подавляющем большинстве моделей харвестерных головок. Контроль за процессами компьютеризирован и позволяет проводить учет заготовленной древесины по объему и сортиментам. Характеристики и точность измерения различных электронных устройств примерно одинаковы. Точность измерений в сравнении с контрольными замерами по объему соответствует – 0,4…+0,6%.
Трансмиссия большинства машин гидростатическая. Это обеспечивает плавное движение харвестера в лесу, снижающее повреждаемость почвы. Машина может двигаться даже при работающих манипуляторе и харверстерной головке. Соответственно увеличивается эффективное рабочее время и повышается производительность.
Производительность современных харвестеров при рубках ухода варьируется в широком диапазоне в зависимости от древостоя и в среднем соответствует 10 куб. м/час.
Большинство современных машин данного типа представляет собой шасси с шарнирно сочлененной рамой. Передняя и задняя части рамы соединены универсальным шарниром с двумя степенями свободы. Таким образом, поворот машины осуществляется за счет изменения взаимного расположения полурам относительно вертикальной оси шарнира. Исполнительный механизм поворота представляет собой один или два гидроцилиндра для изменения угла взаимной ориентации полурам в горизонтальной плоскости. Значение угла складывания полурам находится в пределах 38–60º. Кроме того, универсальный шарнир позволяет полурамам наклоняться в вертикальной плоскости относительно друг друга на угол до 15º. Это разгружает раму при движении машины по пересеченной местности и обеспечивает высокую проходимость при значительной длине продольной базы. За счет возможности блокировки шарнира по горизонтальной оси обеспечивается повышенная устойчивость при работе машины в режимах погрузки и разгрузки.
Большинство форвардеров имеет шести- или восьмиколесную ходовую систему с приводом на все колеса. Для снижения удельного давления машины на грунт ширина шин на большинстве моделей составляет 600 мм. При этом по желанию покупателя фирмы-производители машин могут оснащать их альтернативными шинами в зависимости от будущих условий эксплуатации (от 500 до 800 мм). Для повышения проходимости и снижения удельного давления на грунт на шины одеваются цепи и гусеничные ленты. Незначительная часть особо легких малогабаритных форвардеров имеет гусеничный движитель с резиновыми катками и резинометаллической гусеничной лентой.
Трансмиссия машин гидростатическая или гидромеханическая, имеющая два скоростных диапазона. Это обеспечивает плавное движение форвардера в лесу при высокой силе тяги и благоприятно сказывается на взаимодействии машины с почвой. Максимальная скорость движения машин на первом скоростном диапазоне 7-10 км/ч, на втором – 25-34 км/ч.
Компоновка всех машин примерно одинакова: на передней полураме располагаются двигатель и кабина оператора, на задней полураме – грузовая платформа со стойками для перевозки сортиментов. Технологическое оборудование – манипулятор с захватом – на большинстве моделей располагается на задней полураме перед грузовой платформой и отделяется от нее ограждением. Только на некоторых моделях манипулятор размещен за кабиной на передней полураме, например Timberjack 810 B, или на кабине (FMG 678 MINI, Valmet 870), за счет чего несколько увеличиваются размеры грузовой платформы на задней полураме.
Все форвардеры оснащаются, как правило, комбинированными манипуляторами с телескопической рукоятью (фирмы Loglift, Cranab и др.), ротатором и захватом. Вылет манипуляторов – 7-10 метров, средний грузовой момент – 66-100 кНм. Управление манипулятором – электрогидравлическое, с помощью двух рычагов, размещаемых на подлокотниках сидений.
Производительность современных машин данного класса зависит от характеристик древостоя и принятой технологии валки леса (полностью машинизированная или ручная бензопилами). Средняя производительность современных форвардеров на рубках ухода при работе после харвестера приблизительно соответствует 12 куб. м/ час, при работе вслед за вальщиком с бензопилой – 10 куб. м/ час.
По материалам НИИ леса Финляндии, Исследовательский центр Йоэнсуу
С течением времени, перед людьми все чаще и чаще встает проблема оптимизации и рационализации производства и различных его сфер и отраслей. Как известно, лень – это мать всех изобретений; уж, с этим вряд ли, поспоришь.
То же самое и при работе, к примеру, с обработкой леса. Ручная пила — это, конечно, инструмент незаменимый и полезный, но не на больших территориях. Именно поэтому, более века назад, люди стали задумываться о том, как облегчить себе жизнь, если нужно срочно расчистить территория от древесины или сгнивших пней и лишних сучков. И придумали тогда лесопромышленную технику.
Лесная техника делится на несколько основных типов: форвардеры, сортиментовозы и харвестеры. Ну, а погрузчики, тягачи и манипуляторы — это дополнительные комплектующие, которые еще больше упрощают работу спецтехники.
Итак, что же такое харвестеры?
Харвестеры – это универсальная, многофункциональная машина, которая служит для проведения лесозаготовительных работ и подготовки различного типа сортимента в условиях лесосеки.
Это самоходные машины, которые обладают собственной классификацией. В настоящее время наиболее распространенными марками производителями, являются John Deere, харвестеры Volvo, харвестеры Ponsse, харвестеры Valmet, Timberjack и другие.
К их основным функциям относится: валка деревьев, распилка и обрезка лишних сучьев, процесс раскряжевки лесного массива, а также замер готового сортимента.
Это такие машины, основным рабочим элементом которых является специальная харвестерная головка, которая, собственно, и производит валку лесного массива.
Харвестерная головка состоит из металлической рамы, которая приводится в действие специальными захватными рычагами. А на концах захватных рычагов находятся специальные моторы, которые при приближении к стволу дерева, начинают, непосредственный процесс валки леса.
Действие харвестерной головки может ограничиваться одним или же двумя пропилами. Если ствол дерева не слишком большой, то достаточно одного сплошного пропила, который перережет ствол насквозь, а если, наоборот — диаметр ствола слишком велик для лезвия харвестера, то нужно будет сначала с одной стороны сделать пропил, после чего харвестер должен развернуться и завершить начатое, путем окончательной валки дерева.
Работа на харвестере заключается в серии действий оператора, которая заключается в первичной и вторичной обработке лесного массива. Для начала, необходимо, чтобы манипулятор повалил дерево, после чего оно должно быть перемещено на специальный технологический коридор; данная операция осуществляется с помощью протаскивающего устройства, который протаскивает ствол дерева вперед и специальными ножницами срезает все лишние выступы дерева.
Для чего люди занимаются переоборудованием спецтехники? Ответ на этот вопрос заключается в экономии средств. Очевидно, что если использовать полноценный фирменный харвестер, то затраты на него окупятся через большой промежуток времени; гораздо выгоднее переоборудовать в харвестер одну из специальных землеройных или землеройно — транспортных машин.
Харвестер на базе экскаватора
Если заказчик нуждается в харвастере, обладающим высоким уровнем производительности и который бы смог работать в самых неблагоприятных условиях, то достойной альтернативой покупке полноценного финского харвестера будет служить переоборудование экскаватора в харвестер.
Основным конструктивным элементом харвестера будет служить экскаваторная база, которую нужно будет снабдить необходимыми комплектующими, а именно: заменить экскаваторный ковш на харвестерную головку, установить рычаги и саму систему управления, а также установка контролирующей измерительной системы, которая будет качественно выполнять свои возложенный на нее обязанности и функции.
Процесс переоборудования экскаватора обуславливается, в первую очередь, желанием заказчика сэкономить, довольно большую сумму денег. Разумеется, данный процесс довольно трудоемкий, но выгода, которую, в конце концов, имеет заказчик, вполне ощутима.
Технический прогресс в лесозаготовке привел к тому, что появились машины и механизмы, полностью заменившие лесорубов. Что это такое - харвестер? Под этим термином подразумевается комбайн, позволивший оставить в прошлом ручную и рубку сучьев.
Изначально основными инструментами лесорубов были пила и топор. В дальнейшем им на смену пришли бензопилы и сучкорезы. Производительность труда увеличилась, но не настолько, чтобы ее масштабы удовлетворили заготовителей. Началась разработка машин, способных заменить сразу несколько работников.
На первых порах весь процесс был разделен на два независимых технологических цикла. Валочная машина срезала и укладывала хлыст, сучкорезная - очищала ствол от ветвей. Между работами наблюдался временной промежуток, обусловленный необходимостью подать хлыст на очистку. Но вот разработчикам удалось создать комплексную обладающую функцией первичной обработки.
Что это такое - харвестер? Это слово в буквальном переводе с английского означает "собиратель урожая". Применительно к самоходная машина, которая сначала спиливает ствол дерева, затем очищает от сучков, раскряжевывает его на элементы по сортам, а затем распределяет эти части по одноразмерным пачкам.
Весь комплекс базируется на шасси - колесном, гусеничном либо комбинированном. Выбор между видами диктуется условиями, в которых предполагается использовать машину. Ширина колес или гусениц достаточна для того, чтобы обеспечить хорошее сцепление с грунтом и устойчивость на мягкой почве, но если работать предстоит на заболоченных участках, предпочтение отдается второму варианту.
На раме расположена комфортабельная кабина по типу тракторной, из которой оператор задает нужные операции. Управление осуществляется через каждый из которых отвечает за свой модуль: двигатель, раму, кабину, автоматическую коробку скоростей, манипулятор и головку. Манипулируя специальными джойстиками, оператор добивается нужного результата. Контролировать процесс помогает небольшой монитор, располагающийся перед специалистом.
Работа харвестера по обработке леса ведется с помощью харвестерной головки - основного инструмента комбайна. По сути, это отдельный сложный механизм с захватами, циркулярными пилами, обрезными ножами. Головка закреплена на гидравлическом манипуляторе достаточной мощности, чтобы располагать головку со стволом в различных плоскостях. Стрела манипулятора достигает 70 метров и более.
Чем мощнее харвестер, тем толще ствол машина способна обработать. Они делятся на следующие классы:
Приведенная классификация носит условный характер, и производители вольны использовать другое деление.
Производительность машины зависит от мощности и условий, в которых приходится заготавливать лес. Считается нормальным, если в час получится спилить, очистить и подготовить к транспортировке 10 кубометров кругляка в час.
Работу оборудования можно разбить на следующие этапы:
Последний этап сортировки иногда доверяют автоматике, закладывая программу по раскряжевке, но чаще всего этот процесс осуществляется в ручном режиме.
Основные параметры закладываются в компьютер машины перед началом работы. Вносится информация о породе дерева, о том, какие диаметры сортиментов требуются. Длину элементов, исходя из внесенных данных, харвестер определяет автоматически, но конечное решение остается за специалистом за пультом.
Руководит работой харвестера оператор. Он сначала программирует задание на клавиатуре, с помощью джойстиков подводит головку машины к дереву, включает процесс пиления, а затем переключает на обработку ствола и его распиловку.
Выполнять такую работу способны только высококвалифицированные специалисты, которым помогает трудоустраиваться Союз операторов харвестера. При кажущейся простоте манипулирования джойстиками здесь требуется высокая координация действий. Поэтому перед началом трудовой деятельности обязательно надо завершить специальное обучение на курсах, где не только расскажут о том, что это такое - харвестер, но и научат основам работы на машине.
Начнем с глоссария. Ударение в слове харвестер приходится на второй слог, как бы странно это ни звучало для знатоков английского языка (в английском harvester, «жнец», ударный слог первый). Считайте, что это профессиональное, как компАс у моряков. Чтобы разобраться, чем именно занимается харвестер, необходим небольшой ликбез в области лесозаготовки. Дерево состоит из нескольких частей. Нижняя, она же комлевая, часть содержит минимум сучков. Из нее получается дорогой материал фанкряж, из которого делают фанеру.
Средняя, более сучковатая часть, идет на доски и называется пиловочником. Верхушка дерева годится лишь на дрова или бумагу и называется балансом. Каждая часть дерева, предназначенная для определенного промышленного применения, именуется сортиментом. А процесс распила дерева на сортименты — это раскряжевка.
Есть два метода заготовки леса: хлыстовой и сортиментный. При хлыстовом первая машина (валочно-пакетирующая) валит стволы деревьев, формируя пачки, вторая (скиддер) трелюет их к верхнему складу, где третья машина (процессор) раскряжевывает их в соответствии с требованиями заказчика.
Сортиментный метод предполагает применение харвестера, который не только спиливает дерево под корень, но и немедленно раскряжевывает его на наиболее ценные для заказчика сортименты, попутно очищая от сучков. Вторая машина, форвардер, собирает готовые сортименты и отвозит на лесозаготовительный участок большими партиями (до 20 т за раз).
Сортиментный метод помогает сэкономить массу времени. И в этом заслуга не столько сложной конструкции харвестера, сколько его интеллектуального программного обеспечения.
Основной рабочий инструмент машины — харвестерная головка. С помощью манипулятора оператор подводит харвестерную головку к дереву. Сучкорезные ножи захватывают ствол, при этом их положение фиксируется датчиками для определения толщины дерева. Также ствол обхватывается вальцами. Их зубцы надежно врезаются в кору, но не повреждают драгоценную древесину. По команде оператора механизм пиления срезает дерево под корень.
После среза харвестерная головка автоматически поворачивается, располагая дерево горизонтально. Вращаясь, вальцы протягивают ствол на нужную длину (для точного определения длины служит измерительная звездочка), при этом сучки срезаются ножами. За считаные секунды вальцы, ножи и пила превращают дерево в набор строго определенных сортиментов.
Секрет феноменальной скорости работы харвестера кроется в полной автоматизации процесса сортировки. Перед началом работы с помощью имеющегося в кабине персонального компьютера оператор или техник создает файл под названием «инструкция по раскряжевке». Файл содержит информацию о том, какие именно сортименты необходимы заказчику. Интересно, что для каждого сортимента указывается его стоимость.
К примеру, сегодня поступили заказы на двухметровый фанкряж (береза), трехметровый пиловочник и более дорогой четырехметровый пиловочник (сосна). Также заказывают баланс, но его стоимость невысока.
Когда харвестерная головка захватывает ствол, от оператора требуется лишь указать породу дерева. Опираясь на данные о толщине ствола, компьютер прогнозирует его длину и рассчитывает, какие сортименты из него получатся. Машина старается выбирать самые дорогие комбинации сортиментов, но, если дерево не столь крупное, заготавливает и дешевые.
Благодаря компьютерному управлению вальцы протягивают ствол ровно на длину необходимых сортиментов. Теоретически раскряжевка может проходить в полностью автоматическом режиме, но на практике решение о пилении принимает оператор. Только человек может заметить, что дерево гнилое или чрезмерно сучковатое.
По конструкции харвестер напоминает современных промышленных роботов. Его мозг — это шесть программируемых контроллеров и система управления TimberMatic H-12. Пять из шести контроллеров одинаковы и взаимозаменяемы. Это контроллеры рамы, кабины, трансмиссии, манипулятора, харвестерной головки. Специализированный контроллер управляет двигателем.
Контроллеры получают информацию от органов управления и многочисленных датчиков, производят вычисления и формируют выходной сигнал для исполнительных механизмов машины (гидравлических моторов, цилиндров манипулятора и межрамного сочленения и проч.).
С каждым обновлением ПО TimberMatic выходят новые прошивки для контроллеров, которые обучают их новым функциям. Среди этих функций на первом месте самодиагностика. Благодаря ей оператор в некоторых случаях может сам починить машину (например, если сгорел предохранитель), а в остальных — передать подробную информацию о неисправности в сервисный центр, чтобы техник приехал уже с нужными инструментами и запчастями. Вопрос оперативной диагностики и ремонта очень важен для харвестера: машина работает в уголках, весьма далеких от цивилизации, а простой ее стоит очень дорого.
С помощью TimberMatic человек может настроить машину под себя. Начинающим операторам удобнее работать с более плавными откликами на отклонение рукояток, тогда как опытный работник предпочитает быстрые реакции на точные действия натренированных рук. Кроме того, компьютер неустанно следит за безопасностью: например, дезактивирует харвестерную головку, если дверь кабины открыта, или блокирует поворот кабины при движении по дороге.
Харвестер - лесозаготовительная техника универсального назначения, способная одновременно выполнять несколько производственных операций. Используется во время выборочных или сплошных рубок деревьев для валки, обрезки сучьев, раскряжевки и пакетирования сортамента.
Харвестер представляет собой самоходное шасси с просторной кабиной и манипулятором, на конце которого закреплена многофункциональная головка. Стрела вылетает на расстояние до 10 м, что позволяет выполнять работы в посадках шириной до 20 метров. Использование харвестеров дает возможность отказаться от большого количества техники и рабочих, но при этом обеспечить быстрое, качественное и безопасное проведение заготовки леса.
Харвестеры, несмотря на многозадачность, отличаются простотой функционирования. Их рабочий цикл можно разделить на следующие основные этапы:
Работу комбайна контролирует оператор из кабины. Используя специальную систему управления, он перемещает харвестер по участку, устанавливает оптимальную скорость хода манипулятора и темп выполнения операций.
Кабина оператора располагается на раме и по внешнему виду похожа на тракторную. Из нее открывается хороший обзор, что повышает безопасность выполнения работ. Управление харвестером осуществляется посредством программируемых контроллеров. Каждый из них отвечает за определенный модуль техники: раму, двигатель, кабину, головку, манипулятор, автоматическую коробку скоростей. Контроллеры управляются с помощью джойстиков, для отслеживания процесса работы в кабине имеется монитор.
Оператор закладывает основные параметры в компьютер харвестера перед началом работы. В частности, туда нужно ввести данные о породе древесины, необходимых диаметрах сортамента и др. (в сумме несколько сотен параметров). Исходя из введенной информации, компьютер харвестера автоматически определяет длину элементов, но окончательное решение остается за оператором. После программирования машины оператор посредством джойстиков подгоняет головку к стволу, включает режим пиления, затем - обработки и распиловки древесины.
Несмотря на кажущуюся простоту манипуляций джойстиками, для эффективной и быстрой работы необходима высокая координация движений. Поэтому харвестерами могут управлять только специалисты, которые прошли обучение на соответствующих курсах.
Современные харвестеры обладают практически одинаковой конструкцией и набором рабочих узлов. При этом они различаются внешним видом и определенными параметрами. На сегодняшний день ведущие производители используют классификацию харвестеров по следующим критериям.
По массе и диаметру обрабатываемого ствола:
По типу ходовой:
По виду харвестерной головки:
Эффективность работы харвестера определяется его исходными параметрами. При выборе такого многофункционального комбайна под конкретные задачи и условия эксплуатации рекомендуем в первую очередь обратить внимание на такие технические характеристики, как:
По сравнению с обычной лесозаготовительной техникой харвестеры обладают следующими базовыми преимуществами:
Знаменитая компания Caterpillar, один из мировых лидеров по производству спецтехники, создает гусеничные харвестеры с образцовыми показателями надежности и эффективности. Техника прекрасно адаптирована для работы в сложных условиях, легко преодолевает пересеченную местность и выполняет широкий спектр операций по валке и обработке леса. Харвестеры Caterpillar оборудованы многофункциональной рабочей головкой, комфортабельной кабиной, высокоточной системой управления IQAN, мощными двигателями и выносливой ходовой частью.
Американская компания Caterpillar выпускает гусеничные харвестеры Cat 521B и Cat 522B, которые заслуженно считаются эталоном выносливости и стабильности среди лесозаготовительного оборудования. Указанная техника способна выполнять самые сложные задачи, демонстрируя уверенную работу даже в сложных эксплуатационных условиях, например на местности с пересеченным рельефом. Харвестеры Cat также отличаются широкой функциональностью, повышенной комфортабельностью, значительной мощностью при экономичном расходовании топлива.
Они обладают следующими основными характеристиками:
Главное отличие заключается в эксплуатационной массе. Для модели Cat 521B она составляет 26,966 т, для Cat 522B - 31,993 т (без учета головки).
