Машинная заготовка древесины на горных лесосеках
Часть 3. Системы машин для работ на склонах
Лесные машины со встроенными лебедками
Сейчас на рынке лесозаготовительной техники доминируют лесные машины трех производителей, которых часто называют «большая тройка»: John Deere, Ponsse и Komatsu Forest. Кроме того, весьма активно продвигает свою продукцию на рынке шведская Rottne. Есть и другие компании, производящие лесные машины, например EcoLog, Caterpillar, Tigercat, TimberPro, однако их доля на рынке относительно невелика, и концептуальных отличий от машин упомянутой тройки лидеров рынка они не предлагают.
Для проведения лесосечных работ на горных склонах «большая тройка» предлагает своим клиентам машины, дооснащенные встроенными в трансмиссию лебедками, а также ряд других дополнительных технических опций, устанавливаемых по предварительному заказу. Пользователь не имеет возможности самостоятельно установить или снять это оборудование. Конструкция и места установки лебедок на машины разных производителей могут отличаться, но принцип у всех один.
Вкупе с лебедкой, которая при лесозаготовках на горном склоне позволяет работать значительно эффективнее и безопаснее, снижая расход топлива и нагрузки в трансмиссии, производители настоятельно рекомендуют устанавливать специальные гусеницы на колеса машины. Иногда для повышения устойчивости в колеса харвестеров заливают специальный соляной раствор, в этом случае шины помечаются символами LB (жидкий балласт).
Специалисты Komatsu Forest в качестве необходимых дополнительных технических опций для работы форвардеров на склонах рекомендуют следующие: наклоняемый гидроманипулятор, подвижную решетку кузова для сортиментов и заднюю решетку кузова для сортиментов, предотвращающую их выпадение при движении груженой машины вверх по склону, бульдозерный отвал, уменьшенную длину рамы машины, специальные гусеницы и тормоз для склонов, специальное крепление сиденья оператора и четырехточечный ремень безопасности.
На горных склонах работа операторов лесных машин, как и вальщиков леса, значительно опаснее, нежели на равнине, из-за возможности соскальзывания машины по склону или опрокидывания.
Кроме вышеперечисленных машин «большой тройки», для проведения лесосечных работ на горных склонах перспективна валочно-трелевочно-процессорная машина (ВТПМ) Highlander уже упомянутой компании Konrad Forsttechnik GmbH.
Это одномашинный комплекс для канадской технологии заготовки древесины, выполняющий все операции основных работ. По компоновке он удобнее харвардера или форвестера, представляющих собой одномашинные комплексы для скандинавской технологии заготовки древесины.
Канадская и скандинавская технологии относятся к группе сортиментных технологических процессов, то есть предусматривают, что заготовленная древесина будет вывезена с лесосеки в виде сортиментов (бревен специального назначения). ВТПМ позволяет организовать гибкий технологический процесс лесозаготовок. В классическом варианте она может валить деревья, собирать в коник, трелевать, обрезать сучья и производить раскряжевку на верхнем складе. При работе на слабонесущих почвогрунтах ВТПМ после валки деревьев может обрезать сучья (для укрепления трелевочного волока), затем уложить хлысты в коник, трелевать и на верхнем складе выполнить раскряжевку. Если необходимо повысить производительность, ВТПМ может работать в режиме обычного харвестера, или в режиме валки – пакетирования, или валки – обрезки сучьев – пакетирования, в зависимости от потребности и природно-производственных условий.
Кроме этого, поскольку ВТПМ трелюет заготовленные лесоматериалы (деревья или хлысты) в полупогруженном положении, в сравнении с харвардером или форвестером она оказывает меньшее давление и уплотняющее воздействие на лесные почвогрунты (при одинаковом весе пачки).
ВТПМ Highlander в условиях горных лесосек эффективна за счет оснащения встроенной лебедкой. Причем эта техническая опция входит в конструкцию машины по умолчанию, потребителю машины не потребуется ждать ее установки и доплачивать за нее. Также значительным техническим преимуществом ВТПМ Highlander в условиях горных лесосек становится конструктивная возможность изменения (уменьшения или увеличения) длины базы при выдвижении переднего моста, уменьшения или увеличения клиренса, а также наличие технической опции крабового хода. Все это делает рассматриваемую машину гораздо более устойчивой на склоне, а потому и более безопасной в эксплуатации.
Лесные машины, оснащенные лебедками, хороши для лесозаготовок на горных склонах, поскольку, в отличие от КТУ, не требуют тяжелой и травмоопасной работы вальщиков леса. Но и у такого решения есть недостаток, связанный с удорожанием и утяжелением машины. При переходе на равнинную местность, где лебедка уже не нужна, для оснащенной ею лесной машины вследствие лишней массы неизбежны повышенный расход топлива, снижение полезной грузоподъемности, увеличение давления движителя на почвогрунт.
Кроме того, для обеспечения работы машины с лебедкой оператор должен надежно закрепить свободный конец троса, а эта операция бывает довольно трудоемкая. Для качественного крепления свободного конца каната лебедки при отсутствии в нужном месте крепкого дерева могут потребоваться небольшие земляные работы (рытье траншеи), иногда приходится обматывать канатом несколько деревьев, чтобы уменьшить длину маневра машины.
Самоходные лебедки
Для работы с лесными машинами на горных склонах производится широкая линейка самоходных лебедок, как на специальных самоходных шасси, так и на базе стандартных шасси (бульдозерном, экскаваторном). Наиболее распространены системы T-winch (США) на специальной гусеничной базе, управляемой дистанционно.
Лебедки T-winch выпускаются двух типоразмеров: 10.2 и 30.2. Первая весит около 10 т, вторая – немногим больше 30 т, и способна надежно удерживать на крутом склоне машину массой до 100 тонн. Среди лебедок на базе строительных машин (бульдозеров, экскаваторов) можно выделить системы Summit Winch Assist (США) и ROB (Новая Зеландия).
Самоходная лебедка на экскаваторной базе Summit Winch Assist представляет собой экскаватор, дооснащенный лебедкой и специальной стрелой, который может удерживать на тросе лесную машину на склоне. Summit Winch Assist широко применяются в США, в штатах Орегон, Вашингтон и Северная Калифорния, где заготовка на склонах ведется с помощью разного рода вспомогательных средств.
Самоходная лебедка на бульдозерной базе ROB – это по существу гусеничный бульдозер, оснащенный двухбарабанной лебедкой. Такие машины особенно распространены на горных лесозаготовках в Канаде и Новой Зеландии. Если на основе самоходных лебедок на экскаваторной базе Summit Winch Assist за счет довольно высокого поднятия стрелы с канатно-блочной системой создаются различные виды самоходных КТУ, то самоходная лебедка на бульдозерной базе ROB не предоставляет такой возможности.
Самоходные лебедки T-winch, Summit Winch Assist, ROB на горных лесосеках позволяют задействовать обычные лесные машины и традиционные технологии машинной заготовки древесины (как сортиментной, так и хлыстовой). К примеру, сначала по склону запускается поддерживаемая самоходной лебедкой валочно-пакетирующая машина, а затем трактор с пачковым захватом (скиддер).
Тракторная трелевка наиболее энергозатратная и неэкологичная операция в составе основных работ на лесозаготовках, особенно на горных склонах, поскольку движитель трелевочного трактора воздействует на склон не только по нормали, но и по касательной, что может привести к потере устойчивости слоя почвогрунта и его сползанию к подошве с образованием оползней, которые крайне негативно сказываются на лесной экосистеме. Поэтому иногда, особенно на влажных склонах, после лесозаготовительной машины (чаще валочно-пакетирующей) применяется не тракторная трелевка, а канатная. В этом случае предпочтение отдается самоходной лебедке на экскаваторной базе, поскольку она может обеспечить сначала эффективную и безопасную работу лесозаготовительной машины на склоне, а затем канатную трелевку заготовленных лесоматериалов. Для облегчения работы чокеровщиков при такой технологии работы у лебедок Summit Winch Assist предусмотрена опция забрасывания захвата для лесоматериалов по принципу пращи (после раскручивания).
Несмотря на одно и то же назначение, технические решения рассмотренных систем существенно различаются. На первый взгляд, большим достоинством систем Summit Winch Assist и ROB в качестве анкера для машины на склонах является их массивность и надежность. Операторы лесных машин говорят, что с этими системами психологически комфортнее работать, поскольку тяжелый экскаватор или бульдозер на вершине склона производят впечатление «непоколебимой скалы». T-winch много меньше по габаритам и массе, и, казалось бы, не могут обеспечить столь же надежного закрепления на вершине склона, особенно при больших уклонах и работе с тяжелыми машинами, например, валочно-пакетирующими или тяжелыми форвардерами (большой грузоподъемности).
Но сравнительный технический анализ однозначно в пользу системы T-winch, и вот почему. Во-первых, доставить T-winch (особенно модели 10.2) на вершину склона, особенно протяженного и с большим углом уклона, значительно проще, чем тяжелый экскаватор или бульдозер. Более того, T-winch может въехать с подножья на вершину самостоятельно, а вот тяжелые машины с системами Summit Winch Assist или ROB – далеко не всегда. Значит, для их доставки на вершину склона придется нарезать террасы, а это трудоемко, затратно и наносит вред экологии.
Во-вторых, система T-winch не требует участия дополнительного оператора, поскольку техникой дистанционно управляет оператор работающей на склоне лесной машины. Для систем Summit Winch Assist и ROB необходим второй оператор в кабине экскаватора или бульдозера, что как минимум предполагает оплату его труда.
Работа T-winch и лесной машины автоматически синхронизирована, в случае возникновения аварийной ситуации срабатывает сигнализация. Например, если лебедка T-winch смещается во время работы, сигнал об этом сразу же поступает оператору работающей с ней лесной машины, и он может оперативно принять меры для исправления ситуации и недопущения аварии. Системы Summit Winch Assist и ROB не оснащены такой автоматической системой синхронизации, и оператор лесной машины и оператор экскаватора или бульдозера с лебедкой должны согласовывать свои действия по радиосвязи, что снижает оперативность корректирующих действий и безопасность работы лесной машины на склоне.
В-третьих, небольшая (по габаритам и массе) самоходная лебедка T-winch потребляет значительно меньше топлива, чем тяжелый экскаватор или бульдозер, особенно при работе на холостом ходу. Сравнение заявленного производителем системы T-winch расхода топлива под нагрузкой (3–4 л/ч) и потребления топлива двигателем тяжелого экскаватора или бульдозера на холостом ходу (30–40 л/ч) позволяет утверждать, что по удельному расходу топлива (л/м3) они отличаются примерно в 10 раз.
В-четвертых, механический привод барабанов лебедки систем Summit Winch Assist и ROB, а также их сравнительно небольшой диаметр неизбежно вызывают рывки во время работы, тогда как гидростатическая трансмиссия и большой диаметр барабана лебедки T-winch обеспечивают плавную тягу.
В-пятых, открытые барабаны лебедок систем Summit Winch Assist и ROB, как показывает опыт эксплуатации некоторых грузоподъемных кранов, изнашиваются быстрее (как минимум из-за коррозии), чем закрытые барабаны лебедки T-winch.
Большим преимуществом лебедок на самоходном шасси, особенно T-winch (ввиду небольших габаритов и легкого перемещения) является возможность использования не только с лесными машинами на горных склонах, но и для других целей, например, с ее помощью можно вытащить увязшую в болоте машину или соорудить канатную погрузочно-разгрузочную установку и т. д.
В целом в результате анализа систем машин установлено, что наиболее предпочтительным вариантом является самоходная лебедка, работающая в паре с лесной машиной. Выбор типа и модели лебедки зависит от используемых лесных машин и вида движителя, их массы и грузоподъемности, природно-производственных условий эксплуатации – формы и длины склона, влажности почвогрунта, таксационных характеристик древостоя и т. д.
Текст:
Виталий Каляшов, канд. техн. наук, доцент СПбГАСУ
До Туан Ань, преподаватель Вьетнамского национального университета лесного хозяйства
Ольга Григорьева, канд. с.-х. наук, доцент СПбГЛТУ им. С. М. Кирова
Александр Гурьев, аспирант АГАТУ
Дьулус Новгородов, аспирант АГАТУ
(Окончание следует)
