Грузовой отсек форвардера: конструкции, разновидности, технологии

В процессе выполнения лесосечных работ по сортиментной технологии трелевка сортиментов после валки, обрезки сучьев и раскряжевки осуществляется на погрузочную площадку, расположенную возле лесовозной дороги.

Трелевка сортиментов ведется с помощью форвардера, оборудованного грузовым отсеком (грузовым пространством), который в типовой конструкции форвардера располагается на задней полураме трактора и представляет собой пространство, ограниченное стойками, расположенными вдоль левой и правой сторон полурамы, а также решеткой в передней части. Задняя часть отсека, как правило, свободна, и отсек ограничивается сзади только длиной полурамы. А при работе в условиях гористой местности с множеством склонов задняя часть грузового отсека может оборудоваться дополнительной решеткой.

Рис. 1. Грузовой отсек форвардера и расположение сортиментов в нем

Обычно в технических характеристиках форвардера любой марки указывается номинальная грузоподъемность трактора как важнейшая характеристика, определяющая его производительность и опосредованно указывающая, какой объем круглых лесоматериалов может стрелевать форвардер за один рейс. Но в действительности грузоподъемность связана с мощностью двигателя трактора, а объем лесоматериалов, который может за один рейс стрелевать форвардер, определяется размерами и объемом грузового отсека. Ясно, что, поскольку трелюются разные по длине и диаметру сортименты, рейсовая грузоподъемность может варьировать в довольно широких пределах. Например, при трелевке сортиментов длиной 6,1, 4,3 или 3,7 м в равных условиях при заполненном грузовом отсеке рейсовая грузоподъемность может снижаться на 30-40%. На рис. 1 представлен грузовой отсек типового форвардера и возможное размещение в нем сортиментов разной длины.

Диаметр круглых лесоматериалов влияет на коэффициент полнодревесности; так, рейсовая грузоподъемность форвардера в плотных кубических метрах древесины в зависимости от диаметра может меняться от 55% общего объема грузового отсека при диаметре сортиментов 10-15 см до 72% при диаметре сортиментов 26 см и более.

Кроме того, длина и диаметр сортиментов, загруженных в отсек, влияют на расположение центра тяжести задней полурамы трактора, что, в свою очередь, в некоторой степени оказывает влияние на условия и режимы движения трактора при трелевке. Отдельные конструктивные решения, применяемые в конструкциях грузовых отсеков, позволяют рационально укладывать разнотипные сортименты внутри грузового отсека и сокращать время погрузо-разгрузочных работ. Возможность уменьшения габаритных размеров машины за счет изменения ширины грузового отсека обеспечивает повышение маневренности при движении среди растущих деревьев, что немаловажно, когда заготовка древесины ведется в условиях рубок ухода или выборочных рубок и к лесозаготовителям предъявляются требования по минимизации механических повреждений стволов оставляемых на делянках деревьев. Изменение размеров грузового отсека во время работы позволяет варьировать рейсовую грузоподъемность, что важно при работе на лесосеках с переувлажненными грунтами.

Грузовой отсек, представляя собой довольно простую конструкцию по сравнению с другими агрегатами и узлами форвардера, тем не менее постоянно претерпевает изменения, и его конструкция варьирует в разных типах и моделях машин. В последнее время разработчики элементов грузового отсека все чаще создают грузовой отсек как отдельный, самостоятельный модуль с широким спектром конструктивных исполнений и набором дополнительных функций. При выборе модели форвардера лесопромышленнику следует уделять внимание этой части машины и соотносить особенности конструкции грузового отсека с природно-производственными факторами, в которых осуществляется лесозаготовительный процесс.

На что должен обращать внимание лесопромышленник в конструкции грузового отсека при выборе той или иной марки и типоразмера форвардера?

Длина грузового отсека форвардера

На длину грузового отсека (рис. 1, размер l₅); часто вместо длины грузового отсека в технических характеристиках для трактора указывается общая длина задней полурамы форвардера (рис. 1, размер L), в которую, помимо длины грузового отсека, включается часть рамы, предназначенная для установки манипулятора. Производители лесной техники, как правило, предлагают два типовых варианта исполнения форвардера: с укороченной и удлиненной рамой. Некоторые производители предлагают грузовые отсеки с удлиненной или укороченной передней или задней частью задней полурамы и их комбинации. Передняя часть - часть полурамы от центрального шарнира до центра задней тандемной тележки (рис. 1, размер l₆). Задняя часть - часть полурамы от центра задней тандемной тележки и до конца рамы (рис. 1, размер l₂). Таким образом, существуют четыре основных конструктивных исполнения грузового отсека: укороченная задняя полурама; удлиненная задняя полурама; задняя полурама с удлиненной передней частью и укороченной задней частью; задняя полурама с укороченной передней и удлиненной задней частями.

Однако большинство производителей для отдельно взятой модели трактора предлагают не более трех вариантов грузовых отсеков. Вариант с удлиненной задней полурамой целесообразен, когда в общем объеме заготовленного сырья преобладают сортименты длиной менее 3 м. В грузовой отсек форвардера с удлиненной задней полурамой можно укладывать короткие сортименты в два штабеля, что позволяет увеличить рейсовую грузоподъемность.

В основном изготавливаются отсеки длиной 4; 4,5 и 5 м, но производители могут предложить и модели длиной 4-4,3; 4,4-4,5; 4,8-5,2; 5,4-5,6 м. Как правило, для машин с высокой мощностью двигателя производители предлагают грузовые отсеки большей длины. Отдельные производители лесозаготовительной техники предлагают увеличивать базовую длину грузового отсека за счет дополнительной секции - удлинителя задней полурамы форвардера в виде дополнительной секции, которая присоединяется с помощью болтовых соединений к торцевой части задней полурамы. Длина присоединяемой секции для типовых конструкций форвардеров составляет 700 мм, хотя встречаются и другие варианты: длиной от 250 до 800 мм (рис. 1, размер l₃). С каждой стороны секции имеется пара опор с цилиндрическими направляющими. В эти опоры вставляется подвижное основание, к которому присоединяется коник, представляющий собой сварную конструкцию с закрепленными на ней двумя стойками. Удлинение грузового отсека подобным образом позволяет увеличить его объем на 12-15%. Дополнительная секция может сниматься и устанавливаться по мере необходимости и позволять лесозаготовителю варьировать длину отсека в соответствии с размерами заготавливаемых сортиментов.

Длина грузового отсека и, соответственно, его вместимость могут быть изменены и путем перемещения передней решетки вдоль задней полурамы. В типовой конструкции отсека форвардера предусмотрена возможность смещения передней решетки на 600 мм (рис. 1, размер l₄). Сдвиг решетки осуществляется с помощью гидропривода и применяется при трелевке коротких сортиментов. Эта опция позволяет сместить центр тяжести перемещаемого груза и распределить общий вес трактора по осям, что в некоторой степени оптимизирует движение трактора по лесосеке, особенно в условиях влажных и заболоченных грунтов.

Конструкция стоек и способы их крепления к раме трактора

Длина грузового отсека ограничена длиной задней полурамы, а ширина - стойками. Конфигурация стоек в поперечной плоскости относительно оси задней полурамы определяет площадь поперечного сечения грузового отсека. Размещение стоек вдоль рамы и расстояние между ними определяют минимальную длину сортиментов, которые могут перевозиться в грузовом отсеке без риска вываливания с боковых сторон.

В современных форвардерах конструкции стоек и коников подразделяются на два типа. Первый - это конструкции с фиксированной (неизменяемой) площадью поперечного сечения. Второй тип - конструкции, позволяющие изменять площадь поперечного сечения грузового отсека.

В конструкциях первого типа стойки устанавливаются в коники, которые присоединяются к полураме. Все элементы конструкции жестко соединены. В ходе трелевки размеры конструкции изменять нельзя. В базовой комплектации на тракторе обычно устанавливаются четыре коника с двумя стойками на каждом. При широкой номенклатуре заготавливаемых на лесосеке сортиментов форвардер должен быть снабжен конструкцией, позволяющей перемещать коники вдоль рамы или устанавливать дополнительные коники, чтобы трансформировать грузовой отсек для трелевки коротких сортиментов.

Рис. 2. Вариант крепления стоек к раме трактора с помощью скоб


Рис. 3. Установка коников на цилиндрические опоры

Крепления к раме должны обеспечивать удобное и быстрое снятие коников и перемещение вдоль рамы. Есть разные варианты крепления коников к раме, на которые следует обращать внимание при выборе модели форвардера для лесозаготовительных работ.

Первый вариант (рис. 2): неразборный коник трубчатого сечения устанавливается на раму и прижимается по ее краям с помощью двух скоб. Скобы вставляются в отверстия рамы и фиксируются с помощью крепежных гаек внизу рамы. Для придания жесткости конструкции соседние коники с каждой стороны дополнительно соединяются между собой стержнями. Конструкция предполагает наличие отверстий вдоль рамы для установки скоб. Для перестановки коников необходимо открутить крепежные гайки, снять скобы, переставить коники в другое положение и установить скобы для фиксации нового положения коника.

Стойки и сам коник представляют собой цельную, неразборную конструкцию, дополнительной деталью является удлинитель стойки, который устанавливается в ее верхней части. Подобную конструкцию можно встретить на старых моделях форвардеров, на современных машинах применяются другие варианты. Для перестановки коников необходимо каждый раз отсоединять дополнительные стержни. Коники можно устанавливать на раме только в специальных местах, где есть отверстия для установки скоб.

Второй вариант (рис. 3): коники со стойками устанавливаются на цилиндрические (в виде труб) опоры, которые приварены по краям основания задней полурамы и располагаются вдоль всей ее длины. Форма посадочной поверхности коника совпадает с формой опор. Коники на опорах фиксируются с помощью болтовых соединений и держателей. Держатели каждого коника расположены снизу опоры таким образом, чтобы опора оказалась между держателем и посадочной поверхностью коника. Для перемещения коника вдоль полурамы необходимо ослабить держатель, и нет необходимости полностью откручивать и снимать крепежные болты.

В рассмотренном варианте коник и стойки - отдельные детали конструкции. Левая и правая стойки устанавливаются в предназначенные для этого отверстия на конике и фиксируются в нем с помощью болтовых соединений. Дополнительно каждая стойка оснащается удлинителем. Коник представляет собой сварную конструкцию, усиленную в местах соединения с опорой.

Описанная система, несмотря на более сложное по сравнению с первым вариантом конструктивное исполнение коников, позволяет обеспечить большую жесткость конструкции, кроме того, отпадает необходимость в отверстиях на раме для крепежных болтов или скоб. Подобная конструкция дает большую свободу выбора места установки коников и позволяет варьировать расстояние между кониками в широком диапазоне. Основная нагрузка от веса сортиментов воспринимается кониками и цилиндрическими опорами, поскольку коники опираются только на опоры и не соприкасаются с рамой.

Третий вариант (рис. 4): коники с закрепленными на них стойками устанавливаются на раму, на которой нет цилиндрических опор, как во втором варианте. Опорная поверхность каждого коника плоская, что позволяет зафиксировать коники с помощью болтовых соединений непосредственно на раме.

В раме имеются специальные отверстия для установки крепежных болтов, а к каждому конику в тех местах, где осуществляется соединение, приварена опорная пластина, через отверстия которой и устанавливаются болты для присоединения коника к раме форвардера. При закреплении используется крепежная планка, которая прижимается снизу к раме при закручивании гаек болтовых соединений (рис. 4, а). Коники могут присоединяться к раме и без крепежной планки - только с помощью болтовых соединений (рис. 4, б).

б)

а)

Рис. 4. Установка коников: а – с крепежной планкой; б – без нее

Если необходимо изменить расположение коников вдоль рамы, то откручивают гайки болтовых соединений, снимают болты и передвигают коники. Этот вариант позволяет перемещать коники вдоль рамы, не снимая их с нее, что обусловлено особенностями конструкции опорных мест коников. Подобное крепление коников обеспечивает лучший доступ в нижнюю часть грузового отсека по сравнению со вторым вариантом вследствие отсутствия боковых цилиндрических опор.

Есть также модификация третьего варианта крепления коников - с передвижными кониками (рис. 5). В опорной пластине имеются внешние и внутренние отверстия для крепежных болтов, которые устанавливаются не во внутренние отверстия пластины, а во внешние. Таким образом, болты не проходят через раму, а соединяют крепежную планку и коник, причем это соединение осуществляется таким образом, что выступающий край рамы оказывается между основанием коника и крепежной планкой и играет роль направляющей, вдоль которой коник можно передвигать. Как правило, в таких случаях крепежная планка переворачивается стороной, в которой имеется вырез, что позволяет создать зазор (как правило, около 3 мм) между планкой и краем рамы. В этом случае нет необходимости вынимать крепежные болты при перемещении коника, это позволяет в момент трелевки оперативно менять положение коников и быстро подстраивать грузовой отсек под размеры трелюемых сортиментов.

Рис. 5. Передвижные коники с крепежной планкой

Использование грузовых отсеков со вторым типом конструкции позволяет менять площадь поперечного сечения отсека за счет изменения конфигурации коников и стоек.

Производители предлагают грузовые отсеки с разным поперечным сечением. Грузовые отсеки, конструкция которых позволяет изменять размеры их поперечного сечения, можно разделить на две группы: к первой относятся отсеки с дискретным набором размеров сечения; ко второй - отсеки с некими минимальными и максимальными размерами сечения, а промежуточные значения могут быть любыми, то есть площадь поперечного сечения отсека может меняться бесступенчато.

У крупных производителей лесозаготовительной техники в номенклатуре продукции обязательно есть форвардеры, площадь поперечного сечения грузового отсека которых 4 м² (некоторые компании предлагают также отсеки площадью менее 4 м²); с площадью сечения отсека от 4 до 5 м² (наиболее распространены отсеки площадью 4,5 м²), от 5 до 6 м², от 6 до 6,3 м². Некоторые компании предлагают форвардеры, у которых площадь поперечного сечения отсека может составлять 7, 8 м² и более.

Чем мощнее двигатель форвардера, тем больше площадь поперечного сечения грузового отсека. Начиная с отсеков площадью 4,5 м² в их конструкциях используются механизмы, позволяющие увеличить ширину отсека.

Во втором типе конструкций можно также выделить две группы. В одну группу включаются конструкции, в которых изменение размеров поперечного сечения осуществляется с помощью привода, встроенного в конструкцию стоек и коников, в другую - конструкции, позволяющие изменять размеры поперечного сечения без помощи какого-либо привода.

Рис. 6. Трансформируемый грузовой отсек

В конструкции, которая позволяет изменять размеры поперечного сечения отсека, стойки установлены в дополнительной выдвижной секции коника, которая с помощью гидропривода может выдвинуться из коника и задвинуться в него, тем самым варьируется ширина грузового отсека (рис. 6). Подобная конструкция отсека, которую часто называют трансформируемым грузовым отсеком, или VLS (Variable Load Space), дополнительно оснащается приводом для расширения и подъема секций передней решетки для изменения размеров решетки по мере изменения размеров грузового отсека, а также датчиками веса перевозимого груза. Подобную конструкцию целесообразно использовать в условиях сплошных рубок с большими расстояниями трелевки и большого числа сортировочных групп заготавливаемых сортиментов.

В конструкциях, не оснащенных приводом, также имеется дополнительная выдвижная секция коника, которая выдвигается либо вручную (для чего в секции сделаны отверстия, в которые вставляются пальцы, фиксирующие определенную ширину отсека), либо под действием силы тяжести бревен в момент их укладки, а задвигается эта секция самостоятельно после разгрузки отсека - благодаря пружинам, встроенным внутрь коника.

Активный грузовой отсек, известный как ALS (Active Load Space), представляет собой отдельный модуль, который устанавливается на базовую машину. Конструкция состоит из двух коников (переднего и заднего) и передней решетки. Коники состоят из двух кронштейнов - внутреннего и наружного, которые соединены с помощью двух гидроцилиндров, обеспечивающих гидравлическое демпфирование отсека при движении трактора, а также боковой наклон отсека.

С помощью внутреннего кронштейна коник закрепляется на раме машины. Наружные кронштейны оборудованы приводными поворотными рычагами. Управление каждым рычагом осуществляется с помощью гидроцилиндра и спиральной пружины. На каждом поворотном рычаге установлена гидравлическая трехсекционная телескопическая стойка. Привод поворотных рычагов и стоек позволяет увеличивать ширину и высоту отсека и тем самым изменять площадь его поперечного сечения.

Передняя решетка состоит из кронштейна, установленного на раме машины, передней секции, а также левой и правой выдвижных секций. Передняя секция соединена с кронштейном и с помощью гидроцилиндра может подниматься и опускаться. Левая и правая выдвижные секции соединены с передней секцией шарниром, а между собой - выдвижным гидроцилиндром, что позволяет поворачивать секции влево и вправо и так увеличивать ширину решетки. Передняя решетка и задний коник оснащаются дополнительными гидроцилиндрами, с помощью которых сдвигаются вдоль рамы, что позволяет регулировать длину грузового отсека.

У машин, оборудованных активным грузовым отсеком, имеются дополнительные органы управления для включения приводных гидроцилиндров. Как правило, отсеки подобной конструкции могут также оснащаться датчиками веса перевозимого груза.

Грузовой отсек описанной конструкции, несмотря на высокую стоимость, обладает существенными преимуществами перед другими вариантами исполнения отсека. Помимо возможности оперативно менять размеры, конструкция грузового отсека дает возможность:

• повысить среднюю скорость движения трактора, улучшить плавность хода, снизить нагрузки на рамы, мосты, колеса машины благодаря использованию в конструкции гидравлического демпфирования, которое сглаживает удары и вибрацию в процессе перемещения машины по волокам;
• сократить продолжительность погрузки-разгрузки сортиментов благодаря регулированию высоты стоек;
• повысить проходимость трактора при работе на слабых грунтах и на склонах, так как есть возможность наклонять грузовой отсек и тем самым менять положение центра тяжести машины;
• обеспечить лучший рабочий обзор оператору за счет возможности опускания передней решетки и изменения ее конструкции, в которой вместо стальных пластин используется стальная проволока.

У рассматриваемой конструкции грузового отсека имеется ряд модификаций, каждую из которых целесообразно использовать для работы в тех или иных условиях, при тех или иных способах рубок. В частности, для форвардеров, работающих на рубках ухода, рекомендуется использовать грузовой отсек, конструкция которого позволяет увеличивать площадь поперечного сечения отсека с 2,7 до 6,1 м², высоту стоек с 1 до 2,4 м, менять угол наклона отсека в диапазоне ±12,5°.

В условиях заготовки, когда предполагаются как рубки ухода, так и сплошные рубки, рекомендуется использовать грузовой отсек со следующими характеристиками: площадь поперечного сечения - минимальная 3,4 м², максимальная 8,1 м²; высота стоек 1,1-1,8 м; угол наклона отсека ±8°.

Для сплошных рубок в условиях крупного древостоя и значительных объемов заготовки рекомендуется отсек с минимальной площадью поперечного сечения 3,6 м², максимальной - 8,7 м²; высотой стоек 1,1-1,8 м; углом наклона отсека ±8°.

Рис. 7. Грузовой отсек с механизмом изменения ширины

Конструкция механической системы, не оснащенной дополнительным приводом, но позволяющей менять размеры поперечного сечения грузового отсека, состоит из промежуточного звена, установленного между коником и стойкой (рис. 7). Звено соединено шарнирами со стойкой и коником. Конструкция позволяет менять ширину грузового отсека и получать три варианта отсека разной ширины. Фиксация элементов отсека в выбранном положении осуществляется вручную, с помощью специальных зажимов на конике. Как правило, подобная конструкция оснащается дополнительным гидроприводом для выдвижения стоек, поэтому ее можно рассматривать как комбинацию механизмов со встроенным гидроприводом и механизмов, не оснащенных приводом. Для изменения конфигурации отсека положение неприводных звеньев обычно меняется с помощью манипулятора и захвата либо вручную.

Производители предлагают следующие варианты исполнения грузового отсека при использовании конструкции подобного типа:

• для тракторов с грузоподъемностью до 12 т рекомендуется конструкция со следующими площадью поперечного сечения и шириной отсека: 4,06 м² и 2,5 м; 4,7 м² и 3 м; 4,75 м² и 4 м;
• для тракторов с грузоподъемностью 12-15 т рекомендуемые характеристики площади поперечного сечения и ширины отсека: 4,46 м² и 2,7 м; 5,06 м² и 3,2 м; 5,72 м² и 4,1 м;
• для тракторов с грузоподъемностью 15-18 т рекомендуемые характеристики площади поперечного сечения и ширины отсека: 5,27 м² и 2,9 м; 6,03 м² и 3,5 м; 6,59 м² и 4,3 м.

Оператор, выполняя погрузо-разгрузочные работы, одновременно осуществляет сортировку сортиментов. Обычно бревна одной сортировочной группы укладываются в разных местах грузового отсека или вначале грузятся бревна одного типа, а если их не хватает, чтобы загрузить полный отсек, то сверху на них загружаются сортименты другого типа.

Использование форвадеров с широким грузовым отсеком в условиях большой номенклатуры заготавливаемых сортиментов выявляет существенную особенность работы трактора: для набора сортиментов одной сортировочной группы или формирования рейсовой нагрузки из разных сортиментов, сгруппированных в разных местах грузового отсека, трактору требуется пройти довольно большое расстояние по волоку, чтобы полностью заполнить грузовой отсек. В противном случае оператору приходится смешивать разнотипные сортименты, что значительно увеличивает продолжительность выгрузки сортиментов и укладки их в штабели по сортам на погрузочной площадке.

Рис. 8. Разделение грузового отсека
на отдельные секции

Существуют конструктивные решения, позволяющие разделять широкий грузовой отсек на отдельные секции (рис. 8). Каждая секция предназначается для сортиментов определенной сортировочной группы. В качестве подобного решения предлагается рычаг, закрепляемый на конике. Для создания отдельной секции достаточно двух рычагов, установленных на крайних кониках. Рычаг с помощью шарнира устанавливается на специальный хомут, который фиксируется на конике, при этом никаких дополнительных изменений в основную конструкцию коника не вносится. Шарнир позволяет складывать рычаг, когда надобность в секциях отпадает. С помощью четырех рычагов можно получить три независимые секции и укладывать в грузовой отсек до шести сортировочных групп бревен. Использование подобных рычагов позволяет сократить продолжительность погрузо-разгрузочных работ и холостых операций, повысить качество сортировки.

В настоящей статье представлены наиболее распространенные конструкции для грузовых отсеков форвардеров, которые нашли широкое применение. Есть и другие конструктивные решения, позволяющие, например, полностью демонтировать отсек и превратить форвардер в трактор для выполнения других работ: так, форвардер можно превратить в харвестер после демонтажа отсека и установки на манипулятор машины харвестерной головки вместо захвата. Также можно трансформировать отсек и осуществлять трелевку не сортиментов, а длинномерных лесоматериалов - хлыстов или деревьев. В этом случае грузовой отсек оборудуется кониковым зажимным устройством, кроме того, у коников и стоек имеется рифление, к которому с помощью захвата прижимаются длинномерные лесоматериалы в процессе трелевки.

Есть и решение, когда кабина трактора выносится вперед - на дополнительный подвес передней полурамы и тем самым освобождается дополнительное пространство, которое используется для увеличения объема грузового отсека. В некоторых конструкциях предусмотрена возможность установки в середине отсека дополнительной решетки, разделяющей его на две секции.

Отдельная тема - специальные отсеки для перевозки лесосечных отходов.

Итак, современный грузовой отсек форвардера представляет собой полноценное технологическое оборудование, конструкция которого может существенно повысить эффективность лесозаготовки. При выборе лесной машины целесообразно обратить внимание на эту конструктивную часть форвардера и просчитать возможный эффект от использования той или иной конструкции отсека.

Максим ПИСКУНОВ,
канд. техн. наук, Петрозаводский государственный университет