Использование вездеходов с мульчерным навесным оборудованием
Экспериментальные испытания в природно-производственных условиях Западной Сибири
В соответствии с современными тенденциями достижения углеродной нейтральности и актуальными нормативно-правовыми актами для очистки линейных объектов и лесосек при всех видах рубок от древесно-кустарниковой растительности и порубочных остатков в лесах, расположенных на землях населенных пунктов (намечен четкий тренд расширения земель этой категории), они должны измельчаться и разбрасываться с целью улучшения лесорастительных условий или вывозиться в места дальнейшей переработки. Ввиду наметившегося снижения углеродного следа измельчение порубочных остатков может распространяться на все виды рубок – очередные изменения в Лесной кодекс вступили в силу 1 января 2023 года.
Рис. 1. Машины для мульчирования на сложных или переувлажненных участках:
В природно-производственных условиях РФ срок аренды мульчера может составлять до 10 месяцев в году (при мощном снежном покрове работать нет необходимости). Поскольку оставлять для перегнивания немульчированную древесно-кустарниковую растительность (ДКР) на месте валки, складировать в лесных массивах, утилизировать путем утопления или закапывания недопустимо, требования к качеству оказания услуг по удалению ДКР мульчером повышаются. Для организации таких работ с помощью тяжелой техники на гусеничном ходу (мульчеры всех представленных на российском рынке зарубежных фирм предназначены для работы на твердых грунтах с низким временным переувлажнением), необходимо строительство в зимний период зимников и организация ледовых переправ к местам мульчирования ДКР. После промерзания почвы тяжелая техника для удаления ДКР перебазируется с учетом толщины снежного покрова, определяющей высоту удаления. При такой технологии весной, после схода снежного покрова, необходима дополнительная доочистка территорий от пней силами бригад с ручным моторным инструментом. Время обработки одного дерева зимой значительно (до 30%) увеличивается из-за мощного снежного покрова: работа мульчера с отделенной от комля ДКР затруднена, так как в отсутствие опоры на твердую поверхность поваленный ствол надежно не фиксируется и свободно перемещается по снегу. Из-за использования техники тяжелого класса и двухступенчатой технологии в таких природно-производственных условиях работа сокращается до 2–3 месяцев в году.
На рынке техники для мульчирования ДКР представлено большое количество решений, предназначенных для работы на грунтах I и II категории (Seppi, Denis Cimaf, Rayco, Ahwi и др.), однако наблюдается дефицит техники для использования на сложных рельефных или переувлажненных заболоченных участках на грунтах III и IV категории.
Традиционные машины для мульчирования зачастую оказываются непригодны. Примеры мы привели на фото.
К недостаткам современных самоходных специализированных мульчеров на гусеничном ходу (Prime Tech PT-600, Fae 300/U-200, Tigercat 480B и др.) относятся высокая стоимость (около $1 млн), значительные эксплуатационные расходы, отсутствие универсальности, большая масса трактора. Недостатки современных неспециализированных мульчеров на базе экскаваторов на гусеничном ходу (Fae, Seppi, Osma и т. д.) – это невысокая проходимость на слабонесущих грунтах III, IV категории, высокие эксплуатационные затраты, большая масса базового трактора. Недостатки современного навесного оборудования мульчерных головок для мини-погрузчиков и тракторов с приводом от ВОМ следующие: невысокая проходимость на слабонесущих грунтах III, IV категории, высокая нагрузка на базовый трактор, низкая производительность (не более 0,5–1 га в смену).
Ассортимент мульчерного оборудования для грунтов с достаточной несущей способностью (разных типоразмеров, самоходного исполнения, в виде навесного оборудования, в том числе от ВОМ) широкий, но для слабонесущих грунтов такое оборудование в дефиците. У этих мульчеров есть довольно существенные недостатки, повышающие стоимость моточаса: высокая начальная стоимость, большой удельный расход топлива, высокая стоимость обслуживания и ремонта.
Удаление ДКР на линейных объектах путем мульчирования находит применение во многих отраслях народного хозяйства. В энергетическом комплексе деревья и кустарники удаляются в зонах отчуждения, вдоль высоковольтных ЛЭП и трубопроводов, в сельском хозяйстве – при восстановлении заброшенных полей и подготовке к севообороту, а в дорожном хозяйстве расчищают территории под расширение и продление автомагистралей, их обслуживание.
В сельскохозяйственном комплексе освобождение ранее заброшенного поля от кустарникового покрова зачастую вторично, в первую очередь обеспечивается полноценная эксплуатация земельных владений – посев, уборка урожая. Начальным этапом возвращения заброшенного поля в севооборот традиционно является удаление ДКР. Для проведения таких работ применяются средства механизации: мульчеры, ротоваторы, почвенные фрезы и т. д.
Мульчеры предназначены для удаления древесно-кустарниковой растительности над уровнем грунта. Вопреки некоторым оценкам, мульчеры не годятся для работы под нулевым уровнем грунта. Так, например, Fae UML/DT, Seppi M, Ferri, Ahwi иногда позиционируются как мульчеры, работающие с заглублением на 0,05–0,07 м. Почвогрунт на лесополосе – это не идеальная, однородная по высоте площадка, перепады могут достигать 0,15–0,20 м, поэтому достигнуть результата под нулевым уровнем не представляется возможным.
Задача мульчера – отделение древесной и кустарниковой растительности от корня, измельчение в мелкую фракцию мульчи и подготовка площадки для следующей ступени обработки – измельчения пней, корней, камней и подготовки посредством ротоватора. Иногда ротоватор, или универсальную лесную фрезу, путают с мульчером. При схожей функции у них разные конструкции. Универсальная фреза позволяет работать под уровнем грунта после предварительного измельчения ДРК мульчером. Таким образом, ротоватор выполняет второй этап подготовки поля к севообороту.
Ротоватор поднимает плодородный слой земли и тем самым позволяет новой ДРК разрастаться на обработанном участке, а это не нужно в тех отраслях, где борьба с древесно-кустарниковой растительностью первична (на линейных объектах). В отличие от сельского хозяйства, где после удаления растительного слоя поле обрабатывается бороной и включается в посевной фонд, на магистральных структурах (содержание и строительство путе-, нефте– и газопроводов, ЛЭП, железнодорожных и автомобильных магистралей) работа под уровнем грунта не требуется. В этих отраслях промышленности ставится задача продлить срок повторного удаления ДКР.
Одним из решений для удаления ДКР на линейных объектах, расположенных на грунтах III и IV категорий, могут стать мульчеры «Тром-8 УЭС» (универсальное энергетическое средство) и «Тром-20 УЭС». Завод спецтехники «Тром» больше 10 лет мелкими сериями производит плавающие болотоходные самоходные машины с гидравлическим приводом и мульчерное технологическое оборудование к ним.
Мульчер сконструирован на базе гидромеханического универсального снегоболотохода «Тром-8» как полноценная замена гусеничному снегоболотоходному транспорту грузоподъемностью до 1500 кг.
Мульчер «Тром-8 УЭС» и разрабатываемая новая модель «Тром-20 УЭС» предназначены для работы на линейных объектах – ЛЭП, трубопроводах – в заболоченной местности Западно-Сибирского региона круглогодично. Технические характеристики восьмиколесного гидромеханического вездехода «Тром-8 УЭС»/«Тром-20 УЭС» с мульчерным навесным оборудованием приведены в табл. 1.
Экспериментальные испытания восьмиколесного гидромеханического вездехода «Тром-8 УЭС» проводились на предприятиях ПАО «Россети Сибирь», «Россети ФСК ЕЭС» (ПАО «ФСК ЕЭС»), Центральный ПМЭС г. Сургут, Филиал АО «Горэлектросеть» «РГЭС» г. Радужный (ХМАО – ЮГРА), ПАО «Сургутнефтегаз» (опытная эксплуатация, подразделение УКРНО), ООО «Лесные технологии» (г. Тюмень) для решения различных производственных задач (в том числе для устройства ледовых переправ) с 2016 по 2021 год круглогодично в наиболее типичных природно-производственных условиях в центре Западно-Сибирской равнины.
Испытания показали, что «Тром-8 УЭС» превосходит гусеничный снегоболотоходный транспорт и мульчеры на базе экскаватора по экономичности, экологичности, простоте конструкции. Это болотоход, способный преодолевать водные преграды, положительная плавучесть превышает полный вес в два раза, ход колес по 0,8 м, есть возможность блокировки трансмиссии с получением колесной формулы 8 × 8.
Кабина мульчера оснащена системой кондиционирования, управление осуществляется джойстиками. Машина оснащена дисковой навеской, кроме того, могут быть установлены мульчерная фрезерная навеска с гидравлическим приводом (собственная разработка завода), установка «Ледяной дождь» для заливки переправ. 95% установленных агрегатов произведены в России, поэтому все запчасти доступны. Мульчер отличается простотой эксплуатации и ремонта, а также низкими эксплуатационными расходами.
По сравнению с зарубежной техникой, чувствительной к квалификации оператора, для управления «Тром-8 УЭС» требуется водительское удостоверение категории А3. Опыт эксплуатации более 200 таких машин в течение нескольких лет свидетельствует о надежности и простоте обслуживания этой конструкции. Функционирование трактора обеспечивается даже при работе четырех колес из восьми.
В ходе испытаний была подтверждена возможность групповой обработки деревьев (до пяти штук) диаметром до 15 см, возможность устойчивой работы на уклонах – продольное и поперечное преодоление микроизменений рельефа. Зафиксирована низкая нагрузка машины на экосистему на грунтах I и II категорий – последствия воздействия на почву визуально не заметны.
В то же время были выявлены проблемы с преодолением мелких водных преград с большими углами съезда и въезда. Однако обычно в водоохранной зоне работы не проводятся.
Определена типичная среднесменная производительность мульчера: «Тром-8 УЭС» способен расчистить до 2 га мелколесья (средний диаметр древостоя до 0,15 м, запас до 50 м3/га) с полной утилизацией (заменяя работу бригады из 15 человек с РМИ), без дорогостоящего снаряжения, оборудования и химикатов, опасных для окружающей среды и здоровья людей. В отличие от бригады вальщиков с РМИ (работа в одну смену в течение светового дня, до 12 ч), агрегатная техника может работать круглосуточно (двусменная организация труда, 24 часа в сутки). «Тром-8 УЭС» препятствует появлению поросли, в том числе корневой, в течение восьми лет (при ручном способе обработки поросль появляется примерно через четыре года, при химическом и бульдозерном – через пять лет). Цикл обработки одного дерева диаметром в комле 0,3 м занимает не больше 60–80 с. Стабильные результаты показала блокировка балансиров для движения по переувлажненным слабонесущим грунтам III и IV категорий и болотистой местности.
В ходе эксплуатации мульчера было обнаружено дополнительное направление его использования – в качестве снегоуборочной машины с установкой навесного оборудования для расчистки снега при обслуживании дорожного полотна, в том числе лесных дорог, и устройства ледовых переправ.
При обслуживании линейных объектов подтверждена возможность преодоления машиной водных преград с полным отрывом колесного оборудования от твердой поверхности – то есть перемещение вплавь.
Также подтверждена возможность работы «Тром-8 УЭС» с мульчированием ДКР в сложных почвенно-грунтовых условиях, на грунтах III и IV категорий, в том числе при запасе древесины менее 50 м3/га.
В ходе испытаний были выявлены особенности уничтожения ДКР методом мульчирования. Дисковый мульчер собственной конструкции завода превосходит по производительности барабанный мульчер стандартного типа в два раза. Новая мульчерная навеска позволяет уничтожать стволы на корню: дерево не падает на землю, а в вертикальном положении измельчается в щепу. Такой способ уменьшает энергозатраты (объем топлива) в несколько раз, а также сокращает время обработки дерева – при диаметре ствола до 0,2 м достаточно 15–20 с.
Рекомендуемая технология удаления ДКР предусматривает работу в паре с транспортным вездеходом «Тром-8» для повышения мобильности и существенного сокращения времени передвижения по пересеченной местности. Второй грузопассажирский вездеход «Тром-8» обеспечивает оперативную доставку ТСМ и необходимых грузов к месту работы мульчера, условия для ночлега бригады из двух-трех человек и позволяет увеличить период мульчирования при вахтовом методе работы, за счет того что оператор-сменщик имеет возможность отдыхать в нем.
Плавающий «Тром-8» с навесным оборудованием – лесным мульчером больше всего подходит для механизированной очистки и расширения просек ЛЭП, трубопроводов в недоступных для другой тяжелой гусеничной техники местах с возможностью пересечения болот, водных преград и прочих препятствий. Лесной мульчер убирает нежелательную ДКР, не повреждая и не задевая почву, и может применяться в заповедных зонах и местах, где запрещено нарушать почвенный покров (то есть невозможно использовать традиционную систему машин на гусеничном ходу).
Мульчер «Тром-8» может приводить в действие любую гидрофицированную навеску весом до 1000 кг и располагает очень мощной для его веса разветвленной гидравлической системой. Гидравлический поток на навесное оборудование составляет до 250 л/мин, рабочее давление – до 350 атм. Снегоболотоход оснащен мощным, экономичным и надежным промышленным турбодизелем фирмы ЯМЗ 534 (г. Ярославль) и российской гидравликой производства компании «Пневмостроймашина» (г. Екатеринбург).
Проект «Тром» развивается, расширяется модельный ряд машин, для совершенствования технологии проводятся испытания в различных типичных природно-производственных условиях России. Результаты испытаний говорят о необходимости проработки вопросов, связанных с моторесурсом, ремонтопригодностью, системами контроля, управления, измерения, возможностями и режимами работы (в том числе проходимости), комфортом оператора. Следует также предусмотреть нишевое позиционирование продукта на рынке, развитие дилерской сети в стране, финансовые инструменты для потенциальных потребителей.
Текст:
Федор Свойкин, канд. техн. наук, доцент кафедры технологических процессов
Ъи машин лесного комплекса СПбГЛТУ им. С. М. Кирова
Владимир Свойкин, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой технологических,
транспортных машин и оборудования Сыктывкарского лесного института
Сергей Угрюмов, д-р техн. наук, профессор кафедры технологических процессов
и машин лесного комплекса СПбГЛТУ им. С. М. Кирова
