Харвардер или форвестер?

Сплошные и выборочные рубки леса при помощи универсальных лесозаготовительных машин

Для мелких и малообъемных лесозаготовительных предприятий, которые преобладают в лесном комплексе Российской Федерации, при остром дефиците вальщиков леса универсальные лесозаготовительные машины, или одномашинные лесозаготовительные комплексы, становятся одним из наиболее предпочтительных вариантов для проведения лесосечных работ как при сплошных, так и при выборочных рубках.

В сравнении с классическими многомашинными лесозаготовительными комплексами (например, харвестер и форвардер), они требуют значительно меньше капиталовложений, операторов, затрат на их перемещение с лесосеки на лесосеку, что при дефрагментированном лесосечном фонде (с преобладанием небольших по площади и ликвидному запасу древесины лесосек), характерном для таких предприятий, становится значимым фактором.

В Российской Федерации подавляющее большинство юридических лиц, указавших в ОКВЭД уставной деятельности направление «лесозаготовка» и занимающихся этим видом деятельности, относятся по объему этого производства к мелким, то есть заготавливающим до 100 тыс. м³ древесины в год. Более того, большая часть таких лесозаготовительных предприятий и организаций даже не мелкие, а малообъемные, с объемом заготовки древесины до 25 тыс. м³ в год. При таких объемах заготовки, и часто – в условиях сильно дефрагментированного лесосечного фонда, включающего разрозненные, небольшие по площади и запасу ликвидной древесины лесосеки, использование высокопроизводительных машинных комплексов (например, валочно-пакетирующая машина + скиддер + процессор, или харвестер + форвардер) экономически бесполезно, поскольку в основном эти дорогие машины будут простаивать и приносить убыток, а не доход.

Традиционно малообъемные лесозаготовки ориентированы на сортиментную механизированную заготовку древесины, которую при помощи бензиномоторных пил осуществляют вальщики леса. Они могут работать по скандинавской технологии (под форвардер), производя валку деревьев, обрезку сучьев и раскряжевку на пасеке, а затем форвардер собирает заготовленные сортименты, трелюет на погрузочный пункт и раскладывает в соответствующие штабели групп сортировки. Используется и технология с трелевкой хлыстов, когда на пасеке производится валка деревь­ ев вершинами на волок, обрезка сучьев с укладкой кроновой части на трелевочные волока, последующая трелевка хлыстов за вершины и их раскряжевка на верхнем складе бензиномоторными пилами на разделочно-раскаточной эстакаде и раскатка и укладка в соответствующие штабели групп сортировки. Менее распространен, но хорошо известен вариант, при котором после механизированной валки на пасеках деревья трелюют за комли на верхний склад, где установлен делимбер для обрезки сучьев, а далее на разделочно-раскаточной эстакаде выполняется раскряжевка хлыстов бензиномоторными пилами, после чего раскатка и укладка в соответствующие штабели групп сортировки. Кроме того, известен, но почти не встречается в практике отечественных лесозаготовительных предприятий вариант, когда после механизированной валки деревьев их дальнейшая обработка – обрезка сучьев и раскряжевка стволов на сортименты на пасеке или верхнем складе – выполняется при помощи мобильных сучкорезно-раскряжевочных машин (процессоров).

Все эти технологические варианты лесосечных работ требуют минимум 3–4 рабочих – вальщиков леса, операторов, при довольно низкой выработке за человеко-день, не сравнимой с выработкой оператора лесозаготовительной машины.

Необходимо учитывать и серьезный кадровый дефицит рабочих на лесозаготовительных предприятиях, связанный прежде всего со старением сотрудников, непопулярностью рабочих лесозаготовительных профессий у молодежи вкупе с существенным, особенно по сравнению с уровнем 2008 года, оттоком из лесозаготовительных предприятий гастарбайтеров.

В таких условиях одним из наиболее рациональных решений представляется использование одномашинных лесозаготовительных комплексов – универсальных лесозаготовительных машин, которые обеспечивают и валку деревьев, и производство из них сортиментов, и трелевку на верхний склад, или погрузочный пункт, а также укладку сортиментов в штабели групп сортировки.

Из теории организации лесосечных работ известно, что лесозаготовительные бригады подразделяются на следующие виды: функциональные (функциональные звенья) – выполняют одну-две операции технологического процесса, отделенные во времени от остальных; комплексные (малые комплексные) – выполняют операции технологического процесса от валки деревьев до укладки лесоматериалов в требуемом виде в штабели на верхнем складе или погрузочном пункте; укрупненные комплексные – выполняют все операции лесосечных работ от валки деревьев до погрузки лесоматериалов на автолесовозы; сквозные – выполняют все операции лесосечных работ, а также вывозку заготовленной древесины.

По аналогии с лесозаготовительными бригадами системы машин для лесосечных работ можно подразделить на два вида:

• комплексные (выполняют операции от валки деревьев до укладки лесоматериалов в требуемом виде в штабели на верхнем складе или погрузочном пункте), например, харвестер + форвардер или валочно-пакетирующая машина (ВПМ) + скиддер + процессор;

• укрупненные комплексные – в упомянутые системы машин добавляется погрузчик.

Часто погрузка лесоматериалов на автолесовозы уже входит в следующую технологическую цепочку – вывозки заготовленной древесины, в этом случае на вывозке используются самопогружающиеся лесовозные автопоезда.

Такие многомашинные лесозаготовительные комплексы можно заменять одномашинными – харвадерами, форвестерами, валочно-трелевочно-процессорными машинами (ВТПМ), выполняющими также весь комплекс лесосечных работ, закрепляемых за комплексной лесозаготовительной бригадой. Все они оснащаются харвестерными головками.

Безусловно, производительность одномашинных комплексов ниже, чем многомашинных, но в рассматриваемых природно-производственных условиях это не является серьезными недостатком. При этом они требуют меньших капиталовложений, меньшего числа операторов, но работающих в комфортных условиях, в отличие от вальщиков леса.

Харвардеры представляют собой комбимашины, служащие одновременно харвестером и форвардером. Разрабатывают лесосеки обычно по классической параллельной схеме с замкнутыми пасечными волоками. Но поскольку после валки деревь­ев, в процессе обрезки сучьев и раскряжевки, харвардер укладывает получаемые сортименты сразу в тележку, при движении от лесовозного уса ему приходится собирать пачку сортиментов, а затем разворачиваться вместе с ней, нарушая известное правило работы любых трелевочных тракторов «лес не надо везти в лес». В свою очередь, это увеличивает удельный расход топлива на кубометр заготовленной древесины. Так что для харвардера рациональнее использование классических схем разработки лесосек валочно-трелевочными машинами, поскольку, по сути, он такая же машина, только трелюет не деревья с кроной, а получаемые на пасеках сортименты. При приемлемой несущей способности почвогрунтов и при неглубоком снеге для сплошной рубки без сохранения подроста хозяйственно-ценных пород можно использовать схемы разработки лесосек лентами, параллельными или перпендикулярными усу лесовозной дороги. При низкой несущей способности почвогрунтов, при глубоком снеге, при сплошной рубке с сохранением равномерно распределенного подроста хозяйственно-ценных пород и при выборочных рубках, для разработки лесосеки харвардером лучше использовать схемы с холостыми волоками.

Для харвардера выполнять раскряжевку «на грунт» и впоследствии, при движении к усу лесовозной дороги, собирать заготовленные сортименты нерационально, поскольку при помощи харвестерной головки захватывать сортименты с земли неудобно, а кроме того, головка неизбежно будет зацеплять абразив, что приведет к ускоренному затуплению сучкорезных ножей и пильной гарнитуры.

Форвестеры, как известно, представляют собой машину-трансформер, которая попеременно может использоваться как харвестер и как форвадер, после смены технологического оборудования. Ярким примером такой машины может служить Ponsse Buffalo Dual. По производительности форвестер, при прочих равных условиях, будет уступать харвардеру, поскольку необходимо время на трансформацию – смену технологического оборудования, а также на сбор заготовленных им на пасеках сортиментов в режиме работы харвестера.

В снегопад или перед ним большой запас сортиментов форвестер, работая в режиме харвестера, заготовить не может, поскольку сортименты будут занесены снегом и их будет сложно обнаружить при сборе в режиме форвардера. Следовательно, в таких условиях на форвестере придется чаще менять технологическое оборудование, что дополнительно снизит производительность в сравнении с харавардером, при прочих равных условиях.

И харвардер, и форвестер работают по скандинавской технологии лесосечных работ, производя сортименты на пасеках.

Еще одним концептом универсальной лесозаготовительной машины является валочно-трелевочно-процессорная (ВТПМ). Поскольку процессор в технологии лесозаготовительного производства – это сучкорезно-раскряжевочная машина, то по видам и последовательности выполняемых технологических операций ВТПМ следует считать валочно-трелевочно-сучкорезно-раскряжевочной машиной. В отличие от харвардера или форвестера, которые относятся к валочно-сучкорезно-раскряжевочно-трелевочным машинам.

В принципе, ВТПМ представляет собой ВТМ, оснащенную не захватно-срезающим устройством (ЗСУ), а харвестерной головкой.

Например, KonradHighlander 6WD – это широкозахватная полноповоротная универсальная колесная лесозаготовительная машина, у которой на конце стрелы гидроманипулятора крепится харвестерная головка, а на раме установлено кониковое зажимное устройство, куда укладываются комли срезанных деревьев.

В классическом варианте ВТПМ заходит на длину ленты набора пачки и, двигаясь в сторону уса лесовозной дороги, срезает деревья и укладывает их комлевые части в кониковый зажим. Собрав на технологической остановке все доступные деревья, машина с зажатыми кониками перемещается до следующей технологической остановки и продолжает срезать деревья, пока не соберет полноценную пачку. На верхнем складе ВТПМ поштучно выгружает заготовленные деревья из коникового зажима, посредством обрезки сучьев и раскряжевки превращает их в сортименты и укладывает в штабели.

При необходимости сохранять подрост хозяйственно-ценных пород машина сначала прорубает пасечный трелевочный волок, укладывая деревья сбоку по ходу движения, комлями в сторону уса лесовозной дороги. Дойдя до конца пасеки, ВТПМ разрубает ленты на полупасеках, укладывая заготовленные деревья в кониковый зажим, и попутно подбирает спиленные ранее и уложенные сбоку от волока деревья. Причем в случае почвогрунтов с низкой несущей способностью ВТПМ может обрезать крону деревьев, вырубаемых на пасечном волоке для его укрепления. То есть будет работать в режиме валочно-сучкорезно-трелевочно-раскряжевочной машины. При таком варианте деревья валятся вершинами на волок, что позволяет сохранять равномерно распределенный на полупасеках подрост.

При проведении выборочных рубок леса харвардеры и форвестеры работают по принципу обычных харвестеров, только харвардер не оставляет сортименты на земле. Правда, в силу специфики работы, однозахватному харвардеру сложно протискивать поваленное дерево через стену леса, для того чтобы, совместив его с продольной осью тележки сортиментов, выполнить в нее раскряжевку. Поэтому для выборочных рубок эффективнее использовать двухзахватный харвардер, оснащенный широкозахватным ЗСУ, как у классических валочно-пакетирующих машин, способным выносить срезанные деревья с полупасек в вертикальном положении, и процессорной головкой, производящей раскряжевку в тележку для сортиментов.

Сегодня двухзахватные харавардеры, как и двузахватные харвестеры, не выпускаются, хотя технологическая вариативность их применения довольно высокая, поскольку при необходимости они могут работать почти по всем технологическим схемам освоения лесосек с помощью широкозахватных ВПМ, без последующего использования скиддеров и процессоров.

Конечно, при использовании в качестве ВТМ одна ВТПМ не сможет полностью загрузить работой процессор, и его придется задействовать как функциональное звено, возможно, в паре с погрузчиком. А две ВТПМ, работающие в качестве ВТМ, загрузят процессор полностью, и, если доукомплектовать их погрузчиком, можно передать такой бригаде функции укрупненной лесозаготовительной.

Вместе с тем использование ВТПМ в качестве ВТМ представляется нерациональным и не рекомендуется для широкого распространения, поскольку ЗСУ классической ВТМ значительно легче харвестерной головки. Следовательно, при прочих равных условиях, полезная грузоподъемность ВТМ больше, а удельный расход топлива на один кубический метр заготовленной и стрелеванной древесины меньше, чем в случае ВТПМ. И при необходимости значительного увеличения объема заготовки древесины в единицу времени и перехода с одномашинного лесозаготовительного комплекса на многомашинный, рациональнее использовать ВТПМ в качестве классического харвестера (то есть по скандинавской технологии лесосечных работ) с добавлением в систему одного или двух форвардеров. То же можно сказать и о форвестере. Если предпочтение отдается канадской технологии лесосечных работ, ВТПМ следует переоснастить классической ЗСУ вместо харвестерной головки, по примеру двухзахватного харвардера. Тогда получается компоновка классической современной ВТМ.

Если в последнем варианте ВТПМ оснастить ЗСУ от ВПМ, позволяющим выносить деревья с полупасек в вертикальном положении, то, как уже было отмечено, вариативность их технологического применения относительно использования двухзахватных харвардеров существенно расширится. Ограничением в таком случае будут масса ВТПМ и длина вылета гидроманипулятора – с тем чтобы опрокидывающий момент от веса дерева, поднятого в ЗСУ на вылете манипулятора, не лишил машину устойчивости.

Таким образом, при дефиците вальщиков леса использование одномашинных лесозаготовительных комплексов представляется перспективным вариантом проведения малообъемных лесосечных работ. Современные одномашинные лесозаготовительные комплексы – харвардеры, форвестеры, ВТПМ оснащены харвестерными головками, поскольку в России, как и в мире, доминирует сортиментная технология лесосечных работ. При значительном увеличении объема заготовки древесины в единицу времени и переходе с одномашинного лесозаготовительного комплекса на многомашинный, гораздо эффективнее использовать ВТПМ в качестве классического харвестера в сочетании с одним или двумя форвардерами. То же можно сказать и про форвестер. Харвардер в силу специфики конструкции менее перспективен для работы в составе многомашинных лесозаготовительных комплексов. 

Публикуемые материалы получены при финансовой поддержке за счет средств гранта Российского научного фонда № 23-16-00092.

Текст:
Андрей Кривошеев, аспирант УГТУ,
Александр Швецов, начальник учебной лаборатории филиала ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия» (г. Сызрань),
Ольга Куницкая, профессор АГАТУ,
Игорь Григорьев, профессор АГАТУ,
Ольга Григорьева, доцент СПбГЛТУ