Машины для лесосечных работ

М. В. Цыгарова









МАШИНЫ ДЛЯ ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТ



Учебное пособие

























Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 674.8
ББК 43.90
     Ц94


Рецензенты: преподаватель ГПОУ «Сыктывкарский лесопромышленный техникум» Усатое И. Г.;
заместитель генерального директора по производству - главный технолог ООО «СевЛесПИл» Конюхое А. В.


            Цыгарова, М. В.


Ц94 Машины для лесосечных работ : учебное пособие / М. В. Цыгарова. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 156 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1342-8

           Рассмотрены машины, предназначенные для валки леса, обращено внимание на принципиальные схемы и конструкцию технологического оборудования машин. Представлены технические характеристики, описание приемов работы и схем освоения лесосек. Включен раздел, посвященный трелевочным тракторам.
           Для самостоятельной работы, выполнения лабораторных и практических работ, курсовых проектов и выпускных квалификационных работ студентами очной и заочной форм обучения по направлениям 35.03.01 «Лесное дело», 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», 35.02.01 «Лесное и лесопарковое хозяйство», 35.02.02 «Технология лесозаготовок», 15.01.09 «Машинист лесозаготовительных и трелевочных машин», а также для слушателей программ профессиональной переподготовки.

УДК 674.8
ББК 43.90








ISBN 978-5-9729-1342-8

     © Цыгарова М.В., 2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

                ОГЛАВЛЕНИЕ





ВВЕДЕНИЕ......................................................5
1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О МАШИНАХ ДЛЯ ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТ...............7
  1.1. Классификация машин для заготовки леса.................7
  1.2. Модель функционирования машины для лесосечных работ...11
  1.3. Системы машин для лесосечных работ....................12
  1.4. Вопросы и задания в тестовой форме для самопроверки...13
2. ТИПЫ ТРЕЛЕВОЧНЫХ ТРАКТОРОВ И ОБЛАСТЬ
ИХ ПРИМЕНЕНИЯ.................................................15
  2.1. Виды и способы трелевки................................15
  2.2. Классификация тракторов и особенности выполнения приемов работ при трелевке древесины......................................16
  2.3. Специализированные самозагружающиеся машины манипуляторного типа (форвардеры) для трелевки сортиментов..................20
  2.4. Вопросы и задания в тестовой форме для самопроверки...22
3. ВАЛОЧНЫЕ МАШИНЫ...........................................23
  3.1. Валочная машина ВМ-4..................................24
  3.2. Назначение и условия применения.......................24
  3.3. Техническая характеристика............................26
  3.4. Выполнение технологических приемов....................27
  3.5. Гидравлическая система................................32
  3.6. Технология разработки лесосек валочными машинами......33
  3.7. Расчет производительности валочных машин..............38
  3.8. Вопросы и задания в тестовой форме для самопроверки...40
4. ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩИЕ МАШИНЫ...............................41
  4.1. Валочно-пакетирующая машинаЛП-2.......................42
   4.1.1. Назначение и условия применения....................42
   4.1.2. Общее устройство и техническая характеристика .....43
   4.1.3. Выполнение технологических приемов.................44
  4.2. Валочно-пакетирующая машина ЛП-19.....................45
   4.2.1. Назначение и условия применения....................45
   4.2.2. Общее устройство и техническая характеристика .....45
   4.2.3. Гидравлическая система.............................48
   4.2.4. Выполнение технологических приемов.................53
  4.3. Способы и схемы валки деревьев валочно-пакетирующими машинами .... 53
  4.4. Расчет производительности валочно-пакетирующих машин...62
  4.5. Вопросы и задания в тестовой форме для самопроверки...64
5. ВАЛОЧНО-ТРЕЛЕВОЧНЫЕ МАШИНЫ.................................65
  5.1. Валочно-трелевочная машина ВМ-4А.......................65
   5.1.1. Назначение и условия применения.....................65
   5.1.2. Общее устройство и техническая характеристика......66

3

   5.1.3. Технологическое оборудование.......................67
   5.1.4. Гидравлическая система.............................69
   5.1.5. Работа технологического оборудования...............74
  5.2. Валочно-трелевочная машина ВМ-4М...........................76
  5.3. Валочно-трелевочная машинаВТМ-4.......................77
  5.4. Выполнение технологических приемов машинами рычажного типа.77
  5.5. Валочно-трелевочная машинаЛП-17.......................80
   5.5.1. Назначение и условия применения....................80
   5.5.2. Общее устройство и техническая характеристика......81
   5.5.3. Технологическое оборудование.......................83
   5.5.4. Гидравлическая система.............................88
  5.6. Валочно-трелевочная машинаЛП-49.......................93
   5.6.1. Назначение, условия применения и технологическое оборудование .... 93
   5.6.2. Техническая характеристика.........................94
  5.7. Выполнение технологических приемов машинами манипуляторного типа.......................................95
  5.8. Способы разработки лесосек валочно-трелевочными машинами...98
  5.9. Расчет сменной производительности.....................102
  5.10. Вопросы и задания в тестовой форме для самопроверки..103
6. ВАЛОЧНО-СУЧКОРЕЗНО-РАСКРЯЖЕВОЧНЫЕ МАШИНЫ (ХАРВЕСТЕРЫ).................................................104
  6.1. Общее устройство и техническая характеристика.........104
  6.2. Схемы разработки лесосек по сортиментной технологии при сплошных рубках с сохранением подроста.................116
  6.3. Расчет производительности валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины (харвестера)........................................119
  6.4. Вопросы и задания в тестовой форме для самопроверки...120
7. ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ НА ВАЛКЕ ЛЕСА...................122
ГЛОССАРИЙ....................................................124
ПРИЛОЖЕНИЕА..................................................128
ПРИЛОЖЕНИЕБ..................................................147
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК......................................151

4

                ВВЕДЕНИЕ





     Лесосечные работы являются первой, наиболее тяжелой и трудоемкой фазой лесозаготовительного процесса. Лесозаготовки ведутся на огромной территории, равной почти одной трети общей площади нашей страны. Различны состав насаждений, концентрация древесины на единице площади лесосек и параметры деревьев, очень разнообразны природные условия (климат, грунты, рельеф) в районах, где работают лесозаготовители. Влияние природных различий сказывается, прежде всего, на лесосечных работах. Как технология лесосечных работ, так и машины для них не могут быть одинаково эффективны во всех условиях.
     Обязательным условием эффективной работы машин является хорошо продуманная технология при взаимной увязке всех машин в каждой системе и наиболее рациональной технике выполнения приемов. Высокая производительность достигается при правильной организации работы мастерских участков и бригад, качественном техническом обслуживании машин, своевременной подготовке машинистов, постоянном повышении их квалификации.
     Технический прогресс, основанный на создании и внедрении новых машин, позволяет не только увеличить производительность труда на лесосечных работах, но и улучшить условия труда рабочих, поднять культуру производства в лесу. В последнее время имеет место широкое техническое переоснащение лесной промышленности. На лесозаготовительные предприятия поступают высокопроизводительные многооперационные машины, используется эффективное оборудование. Следует отметить, что лесозаготовительные предприятия имеют низкую рентабельность и ограничены в средствах для приобретения новой техники, однако отечественная лесозаготовительная техника для хлыстовой технологии заготовки древесины по-прежнему свободно конкурирует с зарубежной по качеству и производительности и пока еще вне конкуренции по цене.
     В стратегии развития лесного комплекса до 2030 года указано на актуальность импортозамещения оборудования для предприятий лесного комплекса. С учетом имеющихся компетенций, объема внутреннего рынка и наличия действующих производств, техника лесозаготовки (харвестеры, форвардеры) является наиболее перспективным сегментом импортозамещения. На базе инновационно-технических центров возможно создание и испытание новых образцов техники, глобально конкурентоспособных и востребованных на мировом рынке продуктов, изделий (машин, конструкций, агрегатов, приборов, установок и с высоким потенциалом) за счет применения инновационных подходов, материалов, методов и процессов, включая разработку технологий «умного» производства, обеспечивающих технологическое лидерство, экономическое развитие, социальный прогресс в лесном комплексе.
     Ставится задача по восстановлению отечественного лесного машиностроения на базе использования отечественного и зарубежного научно-технического потенциала, закупки лицензий, организации совместных с иностранными фирмами производств по выпуску машин. Целесообразность того или иного направ

5

ления в создании машин должно решаться путем научного анализа, технического, технологического и экономического обоснований.
     В настоящее время в нашей стране и за рубежом на лесосечных работах широкое распространение получила машинная валка деревьев, как однооперационными, так и многооперационными машинами: валочными, валочно-паке-тирующими, валочно-трелевочными, валочно-сучкорезными, валочно-транспорт-ными. Рабочие органы перечисленных машин включают устройства: срезающее, валочное, захватное, сучкорезное и др.
     В учебном пособии большое внимание уделяется технологии и организации лесосечных работ на базе основных типов отечественных лесозаготовительных машин, что позволит сделать правильный выбор модели машины, наиболее подходящей для природно-климатических и организационно-технических условий ее дальнейшей эксплуатации, грамотно организовать технологический процесс освоения лесосеки.
     Для лучшего усвоения материала студентами в учебном пособии приводятся сначала общие понятия о лесозаготовительном производстве. Затем излагается материал о трелевочных тракторах, являющихся базовыми для лесозаготовительных машин и далее технологические машины и приемы их работы, формулы, позволяющие выполнить расчет производительности. В конце учебного пособия приведены правила техники безопасности на валке леса. В приложении А представлены нормы выработки (времени), нормативы численности и затраты труда для проектирования процессов освоения лесосек и выполнения технологических расчетов. В приложении Б представлены образцы современных отечественных лесозаготовительных машин.
     В учебном пособии приведен материал, позволяющий:
     1) изучить конструкцию машины и ее технологическое оборудование;
     2)  изучить техническую характеристику машины;
     3)       ознакомиться с приемами выполнения работы и технологией разработки лесосеки (делянки);
     4)       рассчитать производительность машины для заданных преподавателем условий;
     5) изучить правила безопасной работы на валке леса;
     6)       проверить полученные знания, ответив на контрольные вопросы и выполнив задания в тестовой форме.

6

                1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О МАШИНАХ ДЛЯ ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТ




1.1. Классификация машин для заготовки леса

     Механизация и последующая автоматизация заготовки леса может обеспечиваться:
     -      созданием специализированных машин для выполнения отдельных операций;
     -      выпуском базовых машин, на которых можно было бы устанавливать (агрегатировать, присоединять) специальные механизмы и оборудование, обеспечивающие выполнение одной или нескольких операций технологического процесса;
     -      созданием специальных машин, объединяющих несколько механизмов, выполняющих смежные фазы технологического процесса.
     Машина, являющаяся базой для агрегатирования, может, в случае установки на нее дополнительных механизмов, превратиться в однооперационную, то есть выполняющую одну операцию технологического процесса, и тем самым выполнять функцию специальной однооперационной машины.
     На базовой машине может быть также установлен ряд механизмов, превращающих ее в двухоперационную, то есть агрегатную многооперационную машину.
     Многооперационные машины могут выполнять фазы (операции) технологического процесса последовательно, одновременно или в смешанном цикле: часть - последовательно, а часть - одновременно.
     При создании машин для различных технологических процессов в лесной промышленности существует две тенденции:
     1)      увеличивать число базовых машин, предназначая их для выполнения ограниченного числа операций;
     2)      предельно сокращать число базовых машин, которые путем агрегатирования со специальными навесными устройствами будут превращаться в многооперационные машины с дальнейшей автоматизацией отдельных механизмов и устройств.
     Слово «машина» произошло от латинского слова machine, что означает сооружение, и используется для названия технических устройств, предназначенных для преобразования энергии в полезную работу.
     Основными конструктивными частями машины являются:
     1)      энергетическая (двигатель - двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель);
     2)      передаточная (трансмиссия, ходовая часть - гусеничный движитель, колесная ходовая система);
     3)     управляющая (кабина - рычаги, педали, джойстики и др.);
     4)      исполнительная (технологическое оборудование - манипулятор, грейферный захват, захватно-срезающее устройство, харвестерная головка и др.).


7

     Компоновка четырех конструктивных частей позволяет получать различные модификации машин для выполнения лесосечных работ.
     Условиям использования лесопромышленных машин наиболее полно отвечают тракторы с гусеничным движителем и колесные с приводом всех колес 4x4, 6x6 или 8x8, что позволяет улучшить тягово-сцепные показатели и повысить проходимость путем снижения давления на опорную поверхность и уменьшения глубины колеи.
     На основе базовой конструкции создаются семейства машин. Функциональная принадлежность машины определяется наименованием и числом выполняемых операций технологического процесса освоения лесосеки.
     Операция, при которой происходит изменение формы, размеров и состояния объекта труда, называется технологической (валка леса, очистка деревьев от сучьев, раскряжевка хлыстов и др.).
     Операция, при которой объект труда лишь перемещается с одного рабочего места на другое, называется переместительной (трелевка деревьев или хлыстов, погрузка леса и др.).
     Чем меньше переместительных операций, тем совершеннее технологический процесс.
     Классификация машин, сложившаяся в настоящее время, представлена на рисунке 1.


Машины для лесосечных работ



  Валочные                Лесообрабаты-      1         Смешанные   
 и валочно-  Транспортные    вающие     Погрузочные (лесообработа +
пакетирующие                                         + транспорт)  

Рисунок 1. Классификация машин по технологическому признаку

     Базой для валочных и валочно-пакетирующих машин (см. разделы 3, 4) являются трелевочные тракторы и экскаваторы.
     Валка и первичная обработка (обрезка сучьев и раскряжевка) могут выполняться одной машиной - валочно-сучкорезно-раскряжевочной - харвестером (см. раздел 6). Харвестер осуществляет захват растущего дерева, его срезание и валку, протаскивание сквозь сучкорезное устройство для обрезки сучьев, отмер длин и раскряжевку на сортименты. Раскряжевка производится тем же срезающим механизмом, которым дерево отделяется от пня. Этот сложный рабочий орган - харвестерная головка - агрегатируется на конце гидроманипулятора, который осуществляет его наводку на растущее дерево и воспринимает нагрузки, возникающие при валке и обработке дерева, с передачей их базовой машине.
     Группу транспортных машин составляют трелевочные тракторы (см. раздел 2), оборудованные технологической оснасткой для сбора деревьев, хлы

8

стов или сортиментов в пачки и погрузки или подъема одного их конца (комлевую или вершинную) для трелевки в полупогруженном или полуподвешен-ном положениях. На трелевке леса используют гусеничные и колесные тракторы, имеющие в качестве технологической оснастки канатно-чокерное оборудование, манипулятор с грейферным захватом и пачковый захват.
     Для погрузки и трелевки сортиментов на площадку для временного размещения и хранения древесины в настоящее время используются специализированные самозагружающиеся машины манипуляторного типа - форвардеры (см. подраздел 2.3). Форвардеры представляют собой шести- или восьмиколесные машины с грузовой платформой для размещения сортиментов. Грузовая платформа имеет ограждение и стойки для удержания груза сортиментов от смещения при трелевке. Для погрузки и разгрузки используется грейферный захват, агрегатируемый на конце манипулятора.
     Лесообрабатывающие машины предназначены для первичной обработки леса (очистки деревьев от сучьев, раскряжевки хлыстов, окорки хлыстов или сортиментов, измельчения или дробления деревьев, хлыстов или сортиментов). Кроме этих операций лесообрабатывающие машины должны выполнять переместительные операции, имеющие тесную связь с технологическими операциями.
     Так, например, для сбора предварительно поваленных деревьев и их очистки от сучьев и раскряжевки используется процессор. Главное отличие от харвестера - отсутствие захватно-срезающего устройства для валки. Вместо него на манипуляторе навешивается грейферный захват для подачи в сучкорезнораскряжевочное устройство.
     Погрузочные машины выполняют погрузку древесины на подвижной состав лесовозных дорог.
     Машины смешанного типа выполняют технологические и переместительные операции, имеющие и не имеющие тесной связи с технологическими операциями.
     В машинах смешанного типа могут в различных вариантах сочетаться ва-лочно-пакетирующие и лесообрабатывающие машины, валочно-пакетирующие и транспортные, а иногда и погрузочные машины.
     Однако с увеличением числа операций, выполняемых многооперационными машинами, они становятся менее пригодными для транспортного процесса вследствие большой массы технологического оборудования. К машинам смешанного типа относятся валочно-трелевочные (ВТМ), которые выполняют три операции технологического процесса: валка, пакетирование и трелевка.
     В таблице 1 представлены главные типы отечественных машин для выполнения лесосечных работ, которые сложились в зависимости от состава выполняемых операций.
     В отличие от характерных для нашей страны многооперационных машин в виде валочно-пакетирующих и валочно-трелевочных в ряде зарубежных стран более широкое распространение получили многооперационные машины валоч-но-сучкорезно-раскряжевочные (харвестеры), сучкорезно-раскряжевочные (процессоры) и погрузочно-транспортные (форвардеры).

9

     Применение этих типов многооперационных машин обусловлено тем, что в некоторых странах за рубежом преобладает сортиментная заготовка леса, при которой обработка спиленных деревьев производится у пня.


Таблица 1

Типы машин для выполнения лесосечных работ

                                     Аббревиатура        Основные марки       
             Тип машины               (условное       отечественных машин     
                                     обозначение)                             
1. Балочная                               ВМ                  ВМ-4            
2. Валочно-пакетирующая                  ВПМ               ЛП-19,ЛП-2         
3. Валочно-трелевочная                   ВТМ          ВМ-4А, ЛП-17, ЛП-49     
4. Сучкорезная                            СМ             ЛП-30Б, ЛП-33        
5. Сучкорезно-раскряжевочная             СРМ              ЛО-120,ЛМ-1         
6. Валочно-сучкорезно-раскряжевочная     ВСРМ               Софит-Х           
                                                  ТДТ-55, ТЛТ-100, ТТ-4, ТТ-4М
7. Трелевочный трактор                    ТТ              ТБ-1, ЛП-18,        
                                                        ЛТ-154, ЛТ-157,       
                                                            Софит-Ф           
8. Погрузчик                              П                ПЛ-1,ЛТ-65         

     Особенно сортиментная лесозаготовка распространена в Скандинавских странах (Швеция, Финляндия), достигая, например, в Швеции 99 % эффективной сортиментной заготовки на рубках в условиях малой концентрации и разбросанности лесосечного фонда, где имеется разветвленная сеть автомобильных дорог общего назначения, связывающая потребителей с поставщиками. Многооперационные машины получили английские наименования, используемые при сортиментной лесозаготовке, поскольку они были впервые созданы в США и Канаде во второй половине 1965 г., а в Европе они стали использоваться в 70-х годах, сначала в Швеции, а потом в Финляндии. Разработаны многооперационные машины, объединяющие в себе харвестеры и форвардеры (харвардеры). Они производят срезание деревьев, обрезку сучьев, раскряжевку и последующую их погрузку, а также подвозку на площадку для временного размещения и хранения древесины.
     Отличительными признаками сложившихся типов машин являются:
     1) рабочая зона (ширина разрабатываемой ленты);
     2)       расположение и принцип действия технологического оборудования (фронтального, флангового или кругового действий);
     3) схема движения машины при работе на лесосеке;
     4) весовые характеристики;
     5) мощность двигателя;
     6) тяговое усилие (для трелевочных тракторов);
     7) грузоподъемность (для трелевочных тракторов);
     8) скорость движения (для трелевочных тракторов);


10

     9) геометрические параметры машины;
     10) опорные характеристики элементов ходовой системы;
     11) дорожный просвет (клиренс);
     12) компоновочные параметры шасси;
     13) вылет и грузовой момент манипулятора;
     14)      тип рабочего органа (срезающее устройство, захватное устройство, захватно-срезающее устройство, харвестерная головка и т. п.)

1.2. Модель функционирования машины для лесосечных работ


     Структурная схема модели функционирования машины для выполнения лесосечных работ, состоящая из 5 основных блоков, представлена нарисунке 2.


Рисунок 2. Структурная схема модели функционирования машины для лесосечных работ

     Блок «Программа рубок» подразумевает вид рубки. Заготовка древесины осуществляется в форме рубок, установленных лесохозяйственным регламентом лесничества, и проектом освоения лесов в отношении лесных участков, предоставленных для заготовки древесины на правах аренды или постоянного (бессрочного) пользования. Рубки лесных насаждений осуществляются в форме выборочных рубок или сплошных рубок.
     Выборочными рубками являются рубки, при которых вырубается часть деревьев. Сплошными рубками признаются рубки, при которых вырубаются лесные насаждения с сохранением для воспроизводства лесов отдельных деревьев и кустарников или групп деревьев и кустарников.


11

     К сплошным рубкам спелых, перестойных лесных насаждений относятся следующие виды рубок:
     -       с предварительным лесовосстановлением (появление нового молодого поколения леса под пологом существующего древостоя);
     -       с последующим лесовосстановлением (образование нового поколения леса после рубки спелого древостоя).
     Блок «Лесосека (делянка)» характеризует природно-производственные условия, в которых работает лесозаготовительное предприятие, взявшее в аренду участки лесного фонда. Необходимо учитывать распределение деревьев по площади и их размеры (высота дерева, диаметр ствола, объем хлыста, запас леса на одном гектаре и пр.), параметры, характеризующие рельеф и почвенногрунтовые условия (направление и крутизна склонов, несущая способность грунтов), а также климатические условия (продолжительность летнего и зимнего периодов, глубина снежного покрова и пр.).
     Блок «Машины и механизмы» характеризует основные параметры машин, механизмов, технологического оборудования, их технические характеристики.
     Блок «Технологический процесс» объединяет и связывает все блоки и описывает технологический процесс освоения лесосеки (хлыстовой, сортиментный и др.). Способ разработки пасек, валка леса и способ трелевки древесины определяются конкретными природно-производственными условиями.
     Блок «Полипоказатель качества» характеризует качество выполнения запланированной программы рубок, которое включает не только производительность машин и механизмов при разработке лесосеки, а также их массу, влияющую на устойчивость машин при выполнении заданной работы, но и учитывает повреждаемость почвенного покрова и деревьев, оставленных на доращивание, доступность деревьев, назначенных в рубку.

1.3. Системы машин для лесосечных работ

     Система машин - это оптимальный набор машин и механизмов, предназначенных для выполнения всего цикла лесозаготовительного производства или определенной части его полностью машинным способом и позволяющий в определенных природно-производственных условиях получить наибольшую производительность труда по комплексу выполненных операций.
     Системой лесосечных машин называют совокупность машин различного функционального назначения, но с взаимосогласованными техническими и технологическими параметрами, предназначенных для выполнения всего процесса лесосечных работ.
     Система может быть составлена из однооперационных машин, и тогда число их типов будет наибольшим. Система может состоять из одной многооперационной машины, выполняющей весь процесс лесозаготовок. На практике чаще встречаются промежуточные варианты, когда в одной системе есть как однооперационные, так и многооперационные машины.


12