Современные лесные машины
Машинные комплексы для малообъемной лесозаготовки
Во многих освоенных эксплуатационных лесных массивах, особенно в Северо-Западном федеральном округе Российской Федерации, запасы качественных спелых и перестойных насаждений истощены и часто представлены дефрагментированным лесосечным фондом, состоящим из удаленных, небольших по площади и объему древесины лесосек.
Одним из главных принципов повышения рентабельности во всех сферах производства является сокращение издержек. При лесозаготовках издержки складываются из арендной платы, затрат на подготовительные, вспомогательные и основные работы.
Затраты на основные работы включают затраты на ГСМ для лесных машин, запасные части и расходные материалы для них, техническое обслуживание и ремонт, а также затраты на заработную плату, с отчислениями, для персонала, прежде всего операторов лесных машин. Оплата их труда сдельно-премиальная, то есть зависит от производительности.
Таким образом, чем меньше машин используется для осуществления основного технологического процесса, тем ниже будут издержки на эксплуатацию этих машин и оплату труда операторов, которых тоже потребуется меньше.
Кроме того, снизятся изначальные капиталовложения для покупки лесных машин, а значит, уменьшатся амортизационные отчисления. Очевидно, что при прочих равных условиях, чем меньше приобретается машин, тем быстрее они окупятся и начнут приносить прибыль.
Однако следует определить минимальное число машин в системе.
Известны три группы технологий лесосечных работ: хлыстовые, сортиментные и с углубленной обработкой древесины на лесосеке.
Хлыстовые технологии
Хлыстовая технология заготовки древесины была разработана в СССР и долго была самой распространенной и в Российской Федерации. Разработчики получили Государственную премию за высокие показатели технологической эффективности: производительность и максимальное использование древесного сырья. Сейчас хлыстовые технологии широко применяется в США и Канаде.
В последние годы в РФ на нижние лесопромышленные склады в хлыстах вывозится около 20% заготавливаемой древесины, в подавляющем большинстве случаев за счет лесозаготовительных предприятий Сибири и Дальнего Востока. В европейской части страны хлыстовые технологии заготовки почти не используются. Снижение объемов вывозки древесины в хлыстах обусловлено Правилами дорожного движения, запрещающими выезд хлыстовозов на дороги общего пользования, истощением освоенных в советские годы лесных массивов и резким сокращением объемов строительства специальных лесовозных дорог.
Хлыстовые технологии включают следующие варианты:
А. Валка деревьев + трелевка + штабелевка на верхнем складе + погрузка на лесовозный транспорт. Древесина вывозится в виде деревьев с кроной, без корневой системы.
Б. Валка деревьев + очистка от сучьев + трелевка хлыстов + штабелевка на верхнем складе + погрузка хлыстов на лесовозный транспорт. Древесина вывозится в виде хлыстов (стволов без корней и вершины, очищенных от сучьев).
В. Валка деревьев + трелевка деревьев + очистка деревьев от сучьев на верхнем складе + штабелевка хлыстов на верхнем складе + погрузка хлыстов на лесовозный транспорт. Древесина вывозится в виде хлыстов.
Вариант А позволяет свести к минимуму число операций, выполняемых на лесосеке, и использовать производительное стационарное оборудование лесопромышленных складов, уменьшить трудозатраты на очистку лесосек и использовать крону на производство полезной продукции (топливной и технологической щепы, хвойно-витаминной муки и др.). Однако при трелевке деревьев сложнее сохранить подрост и предотвратить повреждения оставляемых на корню деревьев. Кроме того, в современном лесоводстве вывоз порубочных остатков с лесосеки считается нежелательным из-за обеднения лесной почвы. При вывозке деревьев существенно снижается использование полезной грузоподъемности лесовозного транспорта ввиду низкого коэффициента полнодревесности пакета.
Преимущества варианта Б – это высокая сохранность подроста и оставляемых на корню деревьев при трелевке хлыстов и возможность использования порубочных остатков для укрепления трелевочных волоков в случае слабых почвогрунтов. Но при этом увеличиваются затраты на последующую очистку территории лесосеки, затруднено или невозможно использование порубочных остатков для производства полезной продукции.
При варианте В порубочные остатки скапливаются на верхнем складе, в результате сокращаются трудозатраты на очистку лесосеки, улучшаются условия для применения высокопроизводительных мобильных сучкорезных машин, повышается эффективность использования грузоподъемности лесовозного транспорта.
Для каждого варианта технологии применяются разные системы машин. Системы с бензомоторными пилами здесь не рассматриваются как малоперспективные при промышленной заготовке.
Для варианта А возможны следующие системы:
1. Трехмашинный комплекс из валочной машины, трелевочного трактора и погрузчика, обеспечивающий заготовку и вывозку древесины в виде деревьев. Но такой технологический процесс почти не используется из-за низкого коэффициента полнодревесности воза деревьев, а следовательно, низкой производительности лесовозов и большого удельного расхода топлива.
Принципиально валочная машина может быть заменена валочно-пакетирующей, а бесчокерный трелевочный трактор – трактором с пачковым захватом (скиддером) – такой трехмашинный комплекс намного производительнее.
2. Двухмашинный комплекс из валочно-трелевочной машины и погрузчика тоже заготавливает и вывозит древесину в виде деревьев, но его производительность ниже, чем трехмашинного, поскольку валочно-трелевочная машина не может одновременно валить деревья и трелевать. Погрузчик перекидного типа характеризуется высокой производительностью, и задействовать его в паре с валочно-трелевочной машиной смысла нет, а стоит использовать в качестве функционального звена, перемещая с лесосеки на лесосеку по мере накопления штабелей деревьев на верхнем складе.
3. Валочно-трелевочная машина – это одномашинный комплекс, выполняющий все операции основного цикла: валку, трелевку, укладку деревьев в штабель у лесовозной дороги. Гидроманипулятор автохлыстовоза уже не относится к этой системе, поскольку обслуживает следующую технологическую цепочку – вывозки заготовленной древесины.
Для вариантов Б и В, при которых древесина вывозится в виде хлыстов, применяются несколько систем машин. Прежде всего четырехмашинный комплекс, состоящий из валочно-пакетирующей машины, самоходной сучкорезной машины, бесчокерного трелевочного трактора и перекидного погрузчика и последовательно выполняющего четыре технологические операции основного цикла лесосечных работ: валку (и пакетирование), очистку деревьев от сучьев, сбор пачек, трелевку, штабелевку, погрузку хлыстов на автолесовозы.
Конечно, самоходная сучкорезная машина для работы с пакетами деревьев на пасеке не так эффективна, как на верхнем складе, и производительность погрузчика будет значительно превышать производительность предыдущих трех машин, поэтому его и тут правильнее использовать как функциональное звено.
В другом варианте самоходная сучкорезная машина работает на верхнем складе. А тот же четырехмашинный комплекс последовательно выполняет четыре технологические операции основного цикла лесосечных работ: валку (и пакетирование), сбор пачек – трелевку, очистку деревьев от сучьев – штабелевку и погрузку хлыстов на автолесовозы. Это самая высокопроизводительная компоновка системы машин для хлыстовой заготовки древесины с почти равной производительностью, особенно при небольшом расстоянии трелевки, при наличии погрузчика бригада вполне может выполнять все операции технологического процесса, от валки деревьев до погрузки на лесовозный транспорт.
Но если высокая производительность не требуется, а лесосечный фонд состоит из разрозненных, небольших по площади и запасу древесины лесосек, такой комплекс будет дольше перемещаться с лесосеки на лесосеку (так называемые подготовительно-вспомогательные работы), чем выполнять основные функции. В этом случае оптимален трехмашинный комплекс (валочно-трелевочная машина, самоходная сучкорезная машина и перекидной погрузчик), выполняющий на лесосеке четыре технологические операции: валку, сбор пачек, трелевку, очистку деревьев от сучьев, штабелевку и погрузку хлыстов на автолесовозы. Валочно-трелевочная машина здесь оказывается низкопроизводительной относительно других, поэтому ее лучше задействовать отдельно, а сучкорезную машину с перекидным погрузчиком – в качестве функционального звена.
Находит применение и двухмашинный комплекс (валочно-трелевочно-процессорная машина и перекидной погрузчик), выполняющий все технологические операции основного цикла лесосечных работ: валку, сбор пачек, трелевку, очистку деревьев от сучьев, штабелевку и погрузку хлыстов на автолесовозы.
Допускается и одномашинный комплекс (валочно-трелевочно-процессорная машина, или самопогружающийся хлыстовоз), выполняющий все технологические операции основного процесса лесосечных работ: валку, сбор пачек, трелевку, очистку деревьев от сучьев, штабелевку при помощи валочно-трелевочно-процессорной машины. Гидроманипулятор автохлыстовоза уже не относится к этой системе машин, поскольку входит в другую (следующую) технологическую цепочку – вывозки заготовленной древесины.
В любом случае, если нет необходимости в большой производительности комплекса для хлыстовой технологии заготовки древесины, он может быть сокращен даже до одной машины. При этом существенно снижаются как инвестиционные расходы – на приобретение машин, так и эксплуатационные. Конечно, при соответствующем снижении производительности. Наиболее перспективным одномашинным комплексом для рассмотренных выше технологических процессов заготовки древесины считается валочно-трелевочно-процессорная машина, которая в зависимости от конкретных природно-производственных условий может работать, в следующих режимах:
- валка + формирование пакета + трелевка + штабелевка деревьев;
- валка + очистка деревьев от сучьев + формирование пакета + трелевка + штабелевка хлыстов;
- валка + формирование пакета + трелевка + очистка деревьев от сучьев + штабелевка хлыстов.
Валочные, валочно-трелевочные машины, бесчокерные тракторы разработали и производили в СССР, но в настоящее время они не выпускаются. Однако на рынке предлагаются подобные машины. Лидером производства валочно-пакетирующих машин и скиддеров является компания John Deere, поставляющая их и в Россию. В роли чисто валочной машины как головной можно использовать колесную узкозахватную машину John Deere.
В качестве бесчокерного трелевочного трактора вместо снятых с производства ТБ-1 М и ЛП-18 А может служить, например, форвардер компании Ponsse, оснащенный кониковым зажимом взамен грузовой тележки для сортиментов.
Погрузчики перекидного типа не выпускаются ни в России, ни за рубежом, им на смену пришли полноповоротные манипуляторные погрузчики на экскаваторной базе, популярные во всех странах.
Сортиментные технологии
К сортиментным технологиям относятся следующие варианты технологических процессов:
Г. Валка деревьев + очистка деревьев от сучьев на пасеке + трелевка хлыстов + раскряжевка хлыстов на верхнем складе + штабелевка сортиментов на верхнем складе + погрузка сортиментов на лесовозный транспорт. Древесина вывозится в виде сортиментов.
Д. Валка деревьев + трелевка деревьев + очистка деревьев от сучьев и раскряжевка хлыстов на верхнем складе + штабелевка сортиментов на верхнем складе + погрузка сортиментов на лесовозный транспорт. Древесина вывозится в виде сортиментов (бревен специального назначения). Этот вариант часто называют канадской технологией – производством сортиментов рядом с лесовозной дорогой.
Е. Валка деревьев + очистка деревьев от сучьев + раскряжевка хлыстов на пасеке + трелевка сортиментов + штабелевка сортиментов на верхнем складе + погрузка сортиментов на лесовозный транспорт. Древесина вывозится в виде сортиментов (бревен специального назначения). Этот вариант часто называют скандинавской технологией – производством сортиментов на пасеке.
Ж. Валка деревьев + очистка деревьев от сучьев + раскряжевка хлыстов на пасеке + трелевка сортиментов + вывозка сортиментов без перегрузки, то есть форвардером. Древесина вывозится в виде сортиментов (бревен специального назначения). Этот вариант называют прямой вывозкой леса.
От хлыстовых технологий, не считая вариантов с вывозкой деревьев, технологии сортиментной группы отличает наличие операции раскряжевки хлыстов на сортименты. Для них подходят следующие системы машин.
Максимальный, хотя и не рациональный вариант – пятимашинный комплекс (валочно-пакетирующая машина, самоходная сучкорезная машина, бесчокерный трелевочный трактор, сучкорезно-раскряжевочная машина [процессор] и манипуляторный погрузчик с грейферным захватом), выполняющий пять технологических операций основного цикла лесосечных работ: валку деревьев, очистку от сучьев, сбор пачек и трелевку, раскряжевку и штабелевку, погрузку сортиментов на автолесовозы.
Пятимашинный комплекс можно заменить одномашинным – валочно-трелевочно-процессорной машиной, которая будет валить деревья на пасеках, там же очищать сучья (используя кроновую часть для укрепления волоков), собирать в коник хлысты, трелевать их к лесовозной дороге, на верхнем складе раскряжевывать хлысты на сортименты, которые укладывать в штабель. Производительность при этом относительно невысокая, поэтому использовать погрузчик нет смысла, лучше всего справится самопогружающийся сортиментовоз.
Канадская технология тоже предусматривает пять основных технологических операций, которые обычно выполняет четырехмашинный комплекс (валочно-пакетирующая машина, трактор с пачковым захватом [скиддер], процессор, манипуляторный погрузчик с грейферным захватом). Как и все машинные комплексы на базе полноповоротных валочно-пакетирующих машин (на экскаваторной базе), эта система машин самая высокопроизводительная, но и самая дорогая.
Если высокая производительность не требуется, то подойдет трехмашинный комплекс (валочно-трелевочная машина, процессор и манипуляторный погрузчик с грейферным захватом), выполняющий следующие технологические операции основного процесса лесосечных работ: валку деревьев, сбор пачек, трелевку, очистку деревьев от сучьев, раскряжевку, штабелевку, погрузку сортиментов на автолесовозы.
Валочно-трелевочно-процессорная машина представляет собой оптимальный одномашинный комплекс для малообъемных лесозаготовок по канадской технологии. Отгрузка сортиментов выполняется самопогружающимся сортиментовозом.
При скандинавской технологии лесозаготовки чаще всего выбирают двухмашинный комплекс, состоящий из харвестера (валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины) и форвардера (сортиментоподборщика) и выполняет четыре технологические операции: валку деревьев, очистку деревьев от сучьев и раскряжевку, сбор пачек, трелевку и штабелевку. Если добавить к этому комплексу манипуляторный погрузчик, то получится трехмашинный комплекс, выполняющий еще и погрузку сортиментов на автолесовозы. Возможна и самопогрузка, кроме того, форвардер тоже используют для погрузки сортиментов.
Заготовку с помощью системы из трех машин освоили несколько сибирских лесозаготовительных компаний. Валочно-пакетирующая машина валит деревья и укладывает их на землю, за ней на пасеку заезжает процессор (сучкорезно-раскряжевочная машина) и готовит сортименты, которые затем собирает и трелюет форвардер.
Комплекс из харвестера и форвадера заменяет один харвардер, правда, с потерей производительности.
Другой одномашинный комплекс – форвестер (иногда его называют комбимашиной). В отличие от харвардера, он работает поочередно в режиме харвестера и форвардера. Переоборудование машины занимает всего 3–4 минуты. В Россию форвестер PONSSE Buffalo Dual в настоящее время поставляет компания Ponsse.
Для малообъемных лесозаготовок по скандинавской технологии харвардер и форвестер – оптимальные варианты, которые работают гораздо дольше, чем перемещаются с лесосеки на лесосеку.
Технологии углубленной обработки древесины
Если при хлыстовых и сортиментных технологиях лесозаготовки из леса вывозятся круглые лесоматериалы – хлысты или сортименты, то углубленная обработка древесины на лесосеке предусматривает вывозку уже готовой продукции (полуфабрикатов) в виде пиломатериалов, топливной или технологической щепы, пеллет, древесного угля, пихтового масла.
В начале технологической цепочки, как и в хлыстовой и сортиментной группах, деревья, хлысты или сортименты поступают на верхний склад. Там возможно измельчение деревьев с кроной в топливную щепу, переработка сортиментов на пиломатериалы, а также переработка древесных отходов в топливную щепу или пеллеты, варка кроновой части (хвои) с получением биологически активных веществ.
Топливную щепу из целых деревьев можно получать и на пасеке, при валке.
Из машинных комплексов, используемых при лесосечных работах по технологиям с углубленной обработкой древесины, достаточно представить варианты для заготовки топливной щепы, поскольку при получении на верхнем складе пиломатериалов на мобильных лесопильных станках для заготовки древесины используются те же системы машин, что рассмотрены выше. Аналогично в случае производства из порубочных остатков пеллет на мобильных пеллетных линиях или биологически активных веществ в мобильных пихтоварках. Кроме того, в условиях лесосеки технологическую щепу получают на специальных лесных (балансовых) плантациях пока только за рубежом.
Трехмашинный комплекс для заготовки топливной щепы, которая производится на верхнем складе, состоит из валочно-пакетирующей машины, скиддера, мобильной рубительной машины. Последовательно выполняются следующие операции: валка деревьев и пакетирование, трелевка и подача в рубительную машину, измельчение деревьев с кроной в топливную щепу и загрузка ее в контейнер автощеповоза.
С потерей производительности трехмашинный комплекс можно заменить двухмашинным, если вместо валочно-пакетирующей машины и скиддера использовать валочно-трелевочную машину, либо одномашинным – валочно-рубительно-трелевочной машиной (чиппером), которая последовательно выполняет валку деревьев, рубку их в щепу, загрузку щепы в контейнер и трелевку к лесовозной дороге. Контейнер у этой машины может быть съемным (сменным) и перегружаться на автощеповоз или подъемным – тогда щепа пересыпается.
Для технологий углубленной обработки древесины сложно сократить число необходимых машин.
Текст Игорь Григорьев,
д-р техн. наук, профессор кафедры ТОЛК, АГАТУ
