Форвардеры на лесозаготовках

Часть 1. Классификация и особенности конструкции

Природно-производственные условия в России отличаются очень широким разнообразием. Это касается и таксационных характеристик древостоев, и почвенно-грунтовых и рельефных условий, и допустимых видов рубок, и развитости дорожной сети. Для эксплуатации в любых природно-производственных условиях можно выбрать оптимальный форвардер. Дело в профессиональном подходе.

Часть 2. Технологии использования погрузочно-транспортных машин на лесосечных работах

Обычно форвардер эксплуатируется в паре с харвестером. Модель форвардера подбирается исходя из технических условий и задач лесозаготовителя.

Незачем приобретать форвардер небольшой грузоподъемности, если с ним в паре на крупном древостое будет работать мощный харвестер, поскольку не удастся обеспечить необходимую для этих условий производительность трелевки. И наоборот, бессмысленно ставить форвардер большой грузоподъемности в паре с небольшим харвестером, работающим, например, на рубках ухода.

Сегодня не все форвардеры, выпускаемые серийно, пользуются спросом в России. Наиболее популярны на российском рынке модели грузоподъемностью свыше 14 т. Форвардеры меньшей грузоподъемности, как правило, используются в Скандинавских странах для заготовок небольшого объема, например, заготовки собственником дровяной древесины для себя. В России такие форвардеры для промышленной заготовки древесины не применяются. Если дорожная сеть в районе лесосечных работ развита слабо и необходима трелевка на дальние расстояния, лучше использовать машины большой грузоподъемности. Иногда форвардер работает на дистанции 7–8 км. При этом его производительность резко падает и тогда для трелевки всего объема сортиментов может понадобиться дополнительная машина.

Разница в цене форвардеров грузоподъемностью 14 и 20 т составляет около €50 тыс., или примерно 15% стоимости малотоннажной машины.

На лесосеке, при транспортировании сортиментов, форвардеры обнаруживают перед другими наземными трелевочными средствами ряд несомненных преимуществ:

• перевозка древесины с пасеки на лесопогрузочный пункт полностью погруженным способом позволяет уменьшить разрушение почвенного покрова, повреждение корневой и комлевой части деревьев, расположенных вблизи трелевочных волоков, а также загрязнение трелюемой древесины;
• возможность сортировки древесины при погрузке и разгрузке облегчает дальнейшее распределение леса между потребителями при вывозке автомобильным транспортом;
• возможность укладывания сортиментов в высокие штабели позволяет сократить размеры верхних складов;
• производительность форвардеров мало зависит от размеров лесоматериалов, тогда как трелевочные тракторы неэффективны при трелевке короткомерной и тонкомерной древесины;
• форвардеры эффективны для сбора и транспортировки лесосечных отходов.

В основном форвардеры используются при рубках спелого леса (сплошных, постепенных, выборочных), а также при рубках ухода (проходных, прореживания).

Большинство современных форвардеров выпускается на колесном шасси, выгодно отличающемся от гусеничного низкой стоимостью производства, низкими эксплуатационными расходами, широким диапазоном рабочих и транспортных скоростей движения, слабым воздействием на лесную среду, высокой маневренностью, низкой металлоемкостью, возможностью самостоятельного перемещения по дорогам общего назначения.

Чаще всего колесные форвардеры представляют собой машину двухмодульной компоновки с шарнирно-сочлененной рамой (4К4, 6К6 и 8К8) или двухзвенный (прицепной) вариант (рис. 1).

Форвардер традиционной (двухмодульной) компоновки состоит из ходовой системы, рамы, двигательного отсека, кабины, манипулятора, захватного устройства с ротатором, платформы для загрузки сортиментов с ограждающими стойками и системы управления. Кабина спроектирована с учетом защиты оператора при падении стволов деревьев или опрокидывании машины.

Рама из двух шарнирно-сочлененных полурам позволяет снизить нагрузки на конструкцию и облегчить маневрирование машины при работе на лесосеке. Двигательный отсек, как правило, находится на одной из полурам, в нем размещены гидронасос, гидромотор, раздаточная коробка трансмиссии, гидробак и топливный бак.

Манипулятор расположен в технологическом модуле и служит для наведения захватывающего устройства на уложенные на лесосеке сортименты и погрузки их на платформу. Устройство состоит из колонны, стрелы, рукояти, телескопического звена и системы приводных гидроцилиндров, жидкость к которым подается отдельным либо трансмиссионным гидронасосом.

Большинство модификаций колесных форвардеров выполняются с гидростатической или гидродинамической трансмиссией.

Современные шести- или восьмиколесные шасси с гидростатической механической трансмиссией позволяют машине мягко проходить по неровностям рельефа. Тяговое усилие на движители передается плавно и бесступенчато, повреждение опорной поверхности относительно небольшое. Гидростатическая трансмиссия укомплектована ходовым гидравлическим насосом переменной производительности, приводимым в движение двигателем внутреннего сгорания. Из гидронасоса поток жидкости поступает в гидромотор, вращающий момент которого передается приводным колесам при помощи механических передач.

Управление гидростатической трансмиссией осуществляется с помощью бортовой ЭВМ, которая регулирует скорость движения, передаваемый на движитель крутящий момент, а также осуществляет контроль состояния всех систем погрузочно-транспортной машины, оповещает оператора о неисправностях и общем техническом состоянии машины.

В отдельных случаях, особенно при необходимости трелевки сортиментов на значительные расстояния или доставки их по плохим дорогам временного действия (усам), где движение лесовозных автопоездов затруднено, целесообразно использование форвардеров с механической или гидромеханической трансмиссией.

Рычаги управления погрузочным манипулятором чаще всего расположены на подлокотниках сидения. Кабина обычно не поворачивается, но сиденье повернуть можно, что делает возможной погрузку сортиментов, уложенных на волоке перед кабиной и на пасеке с обеих сторон по ходу движения машины. В новых модулях форвардеров, например, машинах серии Е фирмы John Deere, кабина установлена на поворотной платформе и поворачивается вместе с манипулятором, что улучшает обзор и облегчает работу оператора.

Современные модели форвардеров в зависимости от основных технических характеристик принято подразделять на три класса (см. табл.).

Наибольшее число моделей форвардеров (46%) относятся к классу средних. Это универсальные машины используются как при рубках ухода, так и при рубках cпелого леса. Среди них следует выделить модели разных компаний: John Deere – 1110D и 1410D, Rottne – Solid F12S и Solid F14, Valmet 860.1, Ponsse – Wisent и Bison, Logset 6F. Тяговое усилие форвардеров среднего класса достигает 130–180 кН.

Класс легких машин составляет 36% всех форвардеров. В основном это модели, предназначенные для проведения всех видов рубок ухода, которые могут использоваться и при сплошных малообъемных рубках древостоев с небольшим объемом ствола. Наибольший интерес представляют модели Cazelle компании Ponsse, 1010D компании John Deere, 830.1 компании Valmet и 554В компании Eco Log. Грузоподъемность форвардеров этого класса составляет 9–12 т, максимальное тяговое усилие – 120–150 кН.

К классу тяжелых относятся 18% моделей форвардеров. Это дорогие машины большой грузоподъемности, применяемые при сплошных рубках крупномерного леса. При минимальном количестве рейсов они в полном объеме выполняют производственную программу по вывозке древесины с лесосеки. Наиболее эффективны модели BuffaloKing компании Ponsse, 1710D компании John Deere, 890.2 компании Valmet и TF820-E компании TimberPro. Грузоподъемность таких машин от 16 до 21 т, максимальное тяговое усилие 180–230 кН. Гидрообъемная трансмиссия позволяет тяжелым форвардерам начинать движение плавно и развивать скорость на лесосеке до 7–10 км/ч, а по дорогам общего назначения – до 20–30 км/ч.

Дорожный просвет современных форвардеров составляет от 560 до 735 мм. Наименьший клиренс у легких моделей – Solid F9-6 компании Rottne и 810D компании John Deere, а максимальный – у тяжелых машин: Buffalo King компании Ponsse, 1710D компании John Deere, 890.2 компании Valmet и др. Большинство форвардеров с дорожным просветом 600–680 мм.

Ширина стандартных шин форвардеров с колесной схемой 6К6 составляет 600 или 700 мм, со схемой 8К8 – только 600 мм. Современные форвардеры оказывают на почвогрунт давление от 28,7 до 62,6 кПа. Минимально воздействуют на почвогрунт легкие восьмиколесные машины Solid F9-6 от Rottne и 830.1 от Valmet, а максимально – TF820-E от TimberPro и 1014 от Tigercat. При полной загрузке грузового отсека давление машины на почвогрунт повышается в 1,8–2,2 раза. Для снижения давления рекомендуется использовать более широкие шины: 700 или 750 мм.

На большинство машин с колесной схемой 6К6 устанавливают передние и задние колеса разных размеров. Увеличение диаметра передних колес позволяет уменьшить их бульдозерное действие, снизить сопротивление качению, легче преодолевать пороговые препятствия и не так сильно уплотнять почву. Однако, уплотняя почву, передние колеса облегчают прохождение остальных колес.

При многократных проходах форвардеров по одному следу глубину колеи определяет максимальная нагрузка на колесо. Перегрузка задних колес при движении с возом неизбежно углубляет колеи. Максимальное число проходов обеспечивается, если нагрузка равномерно распределена по осям. Это условие лучше всего соблюдается в случае восьмиколесной машины. По данным компании John Deere, распределение нагрузки между передней и задней тележками форвардера 810D при полной загрузке составляет 41 и 59% соответственно.

Для повышения проходимости на переувлажненных почвах компания Ponsse установила на восьмиколесных моделях третью пару колес за тележкой технологического модуля с использованием гусениц на обоих модулях (рис. 2). Создание форвардеров с колесной схемой 10К8 позволило снизить давление машин на почву и тем самым повысить их грузоподъемность. В результате уменьшается количество рейсов, повышается производительность перевозки, снижается расход топлива.

К конструкции грузового отсека форвардеров предъявляются следующие требования:

• вместимость, соответствующая грузоподъемности машины;
• габаритные размеры, соответствующие нормам движения по автостраде и исключающие негативное воздействие на лесную среду; • грузовое пространство, обеспечивающее возможность формирования воза из сортиментов разной длины с сохранением его формы при транспортировке и равномерным распределением массы по колесам для поддержания устойчивости машины;
• обеспечение удобства выполнения погрузо-разгрузочных работ, сортировки и качества укладки;
• легкость, прочность и эргономичность конструкции для упрощения технологического и технического обслуживания.

Основным параметром, характеризующим грузовое пространство отсека, является площадь поперечного сечения. У современных форвардеров она составляет от 2,9 до 6,0 м².

Выбор габаритов отсека способствует рациональному использованию грузового пространства и равномерному распределению нагрузки на колеса.

Применение в грузовом отсеке подъемной рамы значительно сокращает продолжительность погрузо-разгрузочных работ. Перед погрузкой рама гидроприводом выставляется чуть ниже боковых стоек и по мере заполнения автоматически опускается. Погрузка осуществляется на одной высоте, тем самым минимизируются движения стрелы. Благоприятно сказывается на эффективности использования грузового отсека и повышении производительности перевозок регулировка ширины отсека за счет изменения положения стоек, которые можно перемещать в плоскости, перпендикулярной продольной оси машины.

Погрузо-разгрузочные работы составляют до 70% продолжительности технологического цикла форвардера. Для минимизации временных затрат разработчики машин постоянно совершенствуют погрузочные устройства. Производители форвардеров устанавливают на машины манипуляторы собственной конструкции и выпускаемые специализированными компаниями Loglift, Cranab, Foresteri и др. Длина вылета стрелы манипуляторов составляет от 6,1 до 10,3 м (оба крайних значения характеризуют краны компании Foresteri). На манипуляторах установлены телескопические удлинители стрелы, рассчитанные на 1,2–4,8 м. Подъемный момент составляет 37–145 кН. Минимальными показателями характеризуются манипуляторы Foresteri, максимальными – манипуляторы Ponsse. Угол поворота всех манипуляторов 360°.

Форвардеры TimberPro, Tigercat и John Deere последних поколений выпускаются с поворотной и выравниваемой кабиной. Кабина автоматически поворачивается за захватом стрелы, обеспечивая оператору обзор на 360°. Механизм выравнивания кабины быстро и плавно реагирует на изменение рельефа местности. Все это делает условия труда оператора более комфортными и эргономичными, что повышает эффективность работы машины.

Разработкой форвардеров в России длительное время занимались в ОАО «Онежский тракторный завод» и КарНИИЛП. На Онежском тракторном заводе освоено производство разработанных предприятием колесных форвардеров ТЛК-604 и ШЛК-6-04 (рис. 3, а, б), а также погрузочно-транспортных машин ТБ-1М-16 и «Онежец 350» (рис. 3, к) на базе гусеничных тракторов с седельным колесным полуприцепом. В КарНИИЛП разработан форвардер ЛТ-189А (рис. 3, г) на шасси МТЗ-80. Его серийное производство, освоенное ОАО «Орелдормаш», сейчас прекращено. На Арзамасском механическом заводе (ОАО «АМЗ») разработана модель МЛ-104 (рис. 3, в) грузоподъемностью 10 т (12,5 м³) с механической трансмиссией и колесной формулой 8К8. ГУП «МТЗ» (Белоруссия) освоено серийное производство двух моделей: МЛ-131 (рис. 3, д) с механической трансмиссией грузоподъемностью 11 т (13,75 м³) и МЛПТ-364 с гидромеханической трансмиссией грузоподъемностью 11 т (13,75 м³). Фирма «Амкодор» наладила серийное производство целого семейства современных форвардеров с гидромеханической трансмиссией собственной разработки: «Амкодор 2631», «Амкодор 2641», «Амкодор 2661-01» (рис. 3, е), «Амкодор 2662», «Амкодор 2662-01», «Амкодор 2662Е», «Амкодор 2682-01».

В последние годы в научно-исследовательских организациях и на заводах России разрабатывают много форвардеров новой конструкции. Компания «Техносервис» освоила производство собственной модели Т 6920 (рис. 3, ж) грузоподъемностью 10 т (12,5 м³) с гидромеханической трансмиссией фирмы «Дана» и колесной формулой 8К8. Фирма «Четра», подразделение концерна «Тракторные заводы», разработала и производит тяжелый колесный форвардер «Четра КС-146-421» (рис. 3, з) грузоподъемностью 14 т (17,5 м³); вес машины 17 т. Проект форвардера ЛЗ-5 (рис. 3, и) создан в Государственном научном центре лесопромышленного комплекса (ГНЦ «Леспром») на базе гусеничного трактора ТТ-4Н-04-49 грузоподъемностью 9,6 т (12 м³). В ОАО «Красноярсклесмаш» в рамках научной темы АВТ-8-02 разработана конструкция форвардера тяжелого класса КС146-66- 420 и успешно прошли испытания опытных образцов.

Наряду с погрузочно-транспортными машинами на специальном шасси в России и многих европейских странах сегодня при рубках ухода широко используются прицепные (двухзвенные) погрузочно-транспортные машины, созданные на базе колесных сельскохозяйственных тракторов классов тяги 6–30 кН.

Выпускаемые в настоящее время двухзвенные погрузочно-транспортные машины классифицируются по конструктивным особенностям (рис. 4).

В Республике Беларусь прицепные тележки выпускают несколько предприятий: Мозырский машиностроительный завод, входящий в производственное объединение ПО «Минский тракторный завод», ОАО «Бобруйскагромаш», ОАО «Дормаш», ОАО «АМКОДОР», ООО «ТИГЕР».

Подъемно-транспортный агрегат «Амкодор 2651» включает двухосный прицеп собственной массой 2,2 т и грузоподъемностью 9 т и оснащен гидроманипулятором с грузовым моментом 35 кН∙м. Грузоподъемность полуприцепа ПЛ-11 без гидроманипулятора и лесовозного тракторного полуприцепа ПЛТ-11М производства ОАО «Бобруйскагромаш» составляет 11 т. Транспортно-погрузочные лесные машины МТПЛ-5-11, совместное сборочное производство которых освоено ООО «ТИГЕР», предназначены для сбора и вывозки дровяной древесины, балансов и сортиментов к автомобильным дорогам или на нижний склад при проведении прореживаний и рубок главного пользования скандинавским методом. Мозырский машиностроительный завод выпускает лесовозный прицеп ПЛВ-9М грузоподъемностью 9 т с гидроманипулятором собственного производства ГМ-42Т, грузовой момент которого составляет 42 кН∙м. На базе этого прицепа создана двухзвенная погрузочно-транспортная лесная машина «БЕЛАРУС МПТ-471» с многофункциональным полуприцепом ПМ-10 с гидроуправляемым дышлом (рис. 5).

Технологическое оборудование прицепного форвардера состоит из гидроманипулятора, четырех пар коников, гидроуправляемого дышла и активного привода прицепной тележки. По желанию потребителя грузовая платформа может быть оснащена четырьмя дополнительными парами коников для транспортирования сортиментов длиной один метр. Форвардер комплектуется широкопрофильными шинами 24.0/50–22.5 для движения по лесным почвам всех типов без ограничений или шинами 16.5/70–18 для движения преимущественно по дорогам с усовершенствованным покрытием. Прицепное звено состоит из рамы (9), опоры (10), манипулятора с грейферным захватом (5), аутригеров (4), ограждения (11), коников (6) и ходовой части, состоящей из двух балансиров (12) с четырьмя колесами, приводимыми в движение фрикционным роликом (8) с гидростатическим приводом. Для обеспечения повышенной маневренности полуприцеп оборудован гидроуправляемым дышлом (2), которое через вертикальный шарнир связано с рамой (9). Гидросистема (1) обеспечивает поворот дышла на угол до 35° от продольной оси рамы тележки, что значительно уменьшает минимальный радиус поворота трактора с полуприцепом и повышает его управляемость в лесу. Полуприцеп также оснащен электрооборудованием (7) и пневмосистемой (13).

В европейских странах также созданы различные модели специальных лесовозных прицепов для транспортировки сортиментов на лесосеке и по дорогам общего назначения с использованием колесных сельскохозяйственных тракторов. Наибольшее распространение получили прицепы компаний FarmiForest, Vreten АВ и Kesla. Конструктивно прицепы разных производителей мало отличаются. Регулируемая и передвигаемая вдоль рамы балансирного типа двухосная тележка моста в сочетании с дорожным просветом 505–650 мм и надежное шарнирное сцепное устройство, управляемое двумя цилиндрами, обеспечивают прицепу высокую проходимость и маневренность в лесных условиях, а балансирная подвеска со специальной усиленной однопролетной рамой гарантируют постоянную устойчивость на всех видах почв и рельефа.

В европейских странах, особенно в Скандинавии, широкое распространение при рубках ухода получили малогабаритные форвардеры трех типов:

• колесные форвардеры на базе мини-трактора и прицепа;
• колесные форвардеры на базе мотовездеходов и прицепа;
• пешеходно-управляемые мини- машины.

Малогабаритные форвардерные машины, состоящие из мини-трактора и прицепа, соединенных шарнирно управляемым устройством, производят компании Vimek АВ и АВ Alstor. У мини-трактора форвардера Vimek 606 ТТ (рис. 6) колесная схема 2К2 и предусмотрена кабина оператора, а у мини-трактора форвардера Minimaster 101 (рис. 7) колесная схема 4К4 и рабочее место оператора без кабины.

В форвардере Vimek гидроманипулятор установлен на тракторе. В форвардере Minimaster он расположен на прицепе, перед грузовым отсеком (рис. 7). Мини-тракторы выпускаются с вариаторной трансмиссией с приводом на все колеса. Тяга на колеса прицепов передается через приводной ролик. Небольшие габариты и масса, а также вариаторная трансмиссия с плавным изменением передаточного числа позволяют этим машинам работать в сложных лесных условиях. Они не наносят вреда почвенному покрову и оставляемым на доращивание деревьям.

На однобалочной раме прицепа отдельными модулями установлены четырехколесная балансирная тележ­ка, коники, передняя ограждающая решетка, гидроманипулятор и шарнирное управляемое прицепное устройство. Привод тележки и манипулятора обеспечивает гидравлическая система, работающая от вала отбора мощности трактора.

Для малогабаритных форвардеров предлагается немало мотовездеходов (квадроциклов). Мировой рынок представлен такими производителями этой техники, как Polaris (37%), Honda (27%), Yamaha (22%), Kawasaki (5%) и др.

Свою нишу нашли на начальных стадиях рубок ухода малые универсальные пешеходно-управляемые мини-машины (рис. 8) с вариаторной трансмиссией. Гусеницы для них выполнены из сверхпрочных резиновых лент. Такие мини-машины отличаются легкостью управления, плавностью хода и низким давлением на почву, высокими маневренностью, проходимостью и устойчивостью, а также рассчитаны на соблюдение экологических лесоводственных требований.

В качестве дополнительного оборудования мини-машин служат прицеп (колесный или на полозьях), лебедка для подтаскивания деревьев, цепи для прикрепления груза и опорные ролики, монтируемые на стойке прицепа.

К сожалению, большая часть упомянутых выше форвардеров российской разработки так и не были запущены в массовое производство, и в настоящее время лесозаготовительные предприятия эксплуатируют в основном импортные машины.

Текст:
Леонид Бухтояров, канд. техн. наук, доцент ВГЛТУ
Виталий Абрамов, канд. техн. наук, доцент ВГЛТУ
Алексей Просужих, ст. преп. УГТУ
Сергей Рудов, канд. техн. наук, ст. преп. ВАС
Игорь Григорьев, д-р техн. наук, профессор АГАТУ
Ольга Куницкая, д-р техн. наук, профессор АГАТУ

Продолжение статьи