2.5.3Валочно-трелевочные машины (втм)

Применение валочно-трелевочных машин целесообразно в том случае, когда они более эффективны, чем машины с разделением этих процессов. При этом должны учитываться требования минимизации энергозатрат, т.к. валка, а особенно трелевка являются энергонасыщенными процессами. Имеются и определенные ограничения на применение ВТМ. К ним можно отнести: равнинный рельеф местности; высокие несущие способности грунтов; отсутствие на лесосеке подроста хозяйственно ценных пород; низкую концентрацию рубок; малые расстояния трелевки, ограниченные величиной 100 м.

Поэтому там, где применение ВТМ нецелесообразно по указанным выше причинам, их можно использовать в режиме ВПМ. На трелевке при применении ВТМ в этом качестве лучше использовать трелевочные тракторы с пачковыми захватами, которые при меньшей, чем ВТМ массе могут трелевать пачки большего объема. В качестве ВПМ лучше использовать ВТМ на выборочных рубках с оставлением подроста. В этом случае более эффективно используется их собирательная функция, поскольку они, как правило, имеют манипуляторы с большим вылетом. В то же время наличие громоздкого манипулятора делает их неудобными для трелевки.

Ранее говорилось о том, что созданная как валочная машина ВМ-4, была вскоре преобразована в валочно-трелевочную (рис. 39). Технологическое оборудование этой машины, установленное на тракторе ТТ-4, позволяет выполнять процесс срезания (спиливания цепной пилой) деревьев диаметром до 1,2 м, с помощью рычажного механизма осуществлять их направленный повал, а специальный складывающийся погрузочный рычаг дает возможность для погрузки и формирования пачки деревьев в конике машины. После набора пачки она увязывается тросом, который затягивается с помощью гидрополиспаста. В таком положении машина ВМ-4А трелюет пачку к лесопогрузочному пункту. Наличие у машины бульдозерного отвала позволяет ей выравнивать комли деревьев перед погрузкой на подвижной состав и при необходимости удалять валежник, расчищать снег. В случае использования ВМ-4А в качестве ВПМ, она после спиливания укладывает деревья не в коники, а на грунт.

Целесообразно использовать машину ВМ-4А в крупномерных насаждениях со средним объемом хлыста не менее 0,5 м³. При необходимости с помощью этой машины можно выполнять ряд вспомогательных операций: устраивать погрузочные площадки, готовить трелевочные волоки, расчищать завалы и т.д.

Совсем другого типа являются ВТМ, которые, в отличие от машины ВМ-4А, базируются на тракторах, в технологическое оборудование которых входят манипуляторы. Существенным отличием этих ВТМ от машины ВМ-4А является также то, что они имеют значительно большую ширину захвата, около 10 м, в то время как у ВМ-4А ширина захвата составляет только 2,5 м. С другой стороны ВТМ с гидроманипуляторами срезают деревья (также с помощью пильных цепей) несколько меньшего диаметра.

Наиболее широко из этого класса ВТМ известны три типа: ЛП-17А на базе трактора ТДТ-55 (в модификации ТБ-1), ЛП-49 – на базе трактора ТТ-4М и ЛП-53 – также на базе ТТ-4М, но в модификации ЛП-18А. Все три типа ВТМ этого класса близки по конструкции и имеют принципиально похожие схемы работы: в ЗСУ этих машин используются пильные цепи; для переноса и укладки в пакет спиливаемого дерева используют гидроманипуляторы; ведут спиливание деревьев, находящихся слева и сзади по отношению к машине. Отличаются они по энергетическим показателям и, в соответствии этому, условиям применения и способам сталкивания спиленных деревьев.

Валочно-трелевочная машина ЛП-17А (рис. 40) предназначена для работы в условиях сплошных лесосечных рубок без сохранения подроста в районах с умеренным климатом в режимах валка – трелевка, валка – пакетирование. Она работает в лесонасаждениях со средним объемом хлыста 0,14...0,4 м³. Наиболее рациональное расстояние трелевки – до 300 м. Может быть использована в равнинной и слабохолмистой местности с уклонами: летом – до 20°, а зимой и в сырую погоду – до 14°. Несущая способность грунтов разрабатываемых лесосек должна быть не ниже 90 кПа. Высота снежного покрова не должна превышать 1,1 м.

Шасси базового трактора (ТБ-1) оснащено специальным технологическим оборудованием – гидроманипулятором, зажимным коником и передней навесной системой с толкателем. В гидроманипулятор входят такие узлы: опорная ферма с поворотной колонкой и механизмом поворота, стрела, рукоять и гидроцилиндры. Для выполнения специальных операций при валке и укладке в коник спиленных деревьев машина оснащена дополнительно захватно-срезающим устройством (ЗСУ) с подвеской, которые монтируются на манипуляторе. В пантографную систему входят два коромысла и две пары тяг. Над кабиной смонтировано специальное защитное ограждение.

Валочно-трелевочная машина ЛП-49 (рис. 41) предназначена для срезания деревьев, формирования из них пакета и трелевки его на погрузочную площадку в процессе сплошных рубок. Машина может работать также в режиме валки-пакетирования или только валки и осуществлять вспомогательные работы по расчистке ветровалов и раскряжевке сваленных деревьев.

Ее можно использовать для работы в районах с умеренным климатом в равнинной местности с уклонами не более 14°.

Технологическое оборудование машины ЛП-49 включает колонну, манипулятор, подвеску, захватно-срезающее устройство, коник, толкатель, гидросистему и органы управления.

Колонна служит для крепления и поворота манипулятора. Она состоит из неподвижной и поворотной частей, к последней шарнирно закреплена стрела коробчатого сечения. Подъем стрелы осуществляется двумя гидроцилиндрами, а поворот колонны вокруг вертикальной оси – реечным механизмом. Второй конец стрелы шарнирно сочленен с рукоятью, которая перемещается с помощью гидроцилиндра. На нижнем конце рукоятки закреплена подвеска, при помощи которой ЗСУ перемещается в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Наклон подвески осуществляется гидроцилиндром. К вертикальному валу подвески шарнирно закреплено ЗСУ, предназначенное для зажима, срезания, направленной валки и укладки деревьев на коник. ЗСУ включает сварную раму, на которой размещены захватные рычаги, механизм срезания, гидромотор привода пильной цепи, гидроцилиндры, ограждающие устройства и кожухи.

Коник рычажного типа с канатной обвязкой формирует пачки деревьев и удерживает их во время трелевки, толкатель выравнивает комли деревьев. Задний щит предназначен для ограждения заднего моста трактора при сброске пачки и размещения ЗСУ в транспортном положении.

Валочно-трелевочная машина ЛП-53 на базе трактора ЛП-18А имеет то же назначение, что и ЛП-49, отличается базовой машиной и конструкцией захватно-срезающе-валочного устройства (ЗСВУ), которое захватывает дерево при валке ниже плоскости срезания. Для предотвращения зажима пильного аппарата и создания опрокидывающего момента ЗСВУ имеет гидротолкатель. После падения дерево вновь захватывается ЗСВУ и укладывается гидроманипулятором на коник машины. При этом снижаются динамические нагрузки, но увеличивается продолжительность цикла. Машина ЛП-53 спиливает деревья в плоскости пропила диаметром до 0,75 м. Масса машины 17,8 т.

Валочно-трелевочная машина ЛП-58 на базе шасси трактора ТТ-4М-01, предназначена для валки и трелевки деревьев, окучивания подтрелеванных пачек деревьев и выравнивания их комлей перед погрузкой. Она может работать также в режиме валки – пакетирования или только валки и осуществлять вспомогательные операции по расчистке ветровалов и раскряжевке поваленных деревьев. Машина предназначена для работы в лесонасаждениях со средним объемом хлыста 0,6...0,75 м3, с равнинным и слабохолмистым рельефом местности, на грунтах с несущей способностью свыше 100 кПа, при снежном покрове высотой до 120 см и скорости ветра до 7,5 м/с. Она рассчитана на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха от +40 до минус 40°С. Гидроманипулятор ЛП-58 шарнирно-рычажный, неполноповоротный. Данная ВТМ разрабатывает полосу леса слева по ходу движения машины шириной 3…4 м за один проход. Управление машиной осуществляется машинистом из кабины. Причем в ЛП-58 установлено поворотное сиденье с углом поворота на 180°. ЛП-58 наиболее эффективна при разработке больших по площади лесосек (25 га и более).

Модернизированная валочно-трелевочная машина ЛП-58-01 манипуляторного типа, предназначена для спиливания и валки деревьев, формирования их в пачку и трелевки к погрузочному пункту в лесонасаждениях со средним объемом хлыста 0,3…1,1 м³ на местности с уклонами до 20°, при снежном покрове до 100 см и температуре от +40 до -40 °С.

Усовершенствованное технологическое оборудование включает манипулятор с увеличенным вылетом и углом поворота в горизонтальной плоскости, комбинированное захватно-срезающее устройство, обеспечивающее вертикальный вынос дерева, коник для формирования и удержания трелюемых пачек деревьев, толкатель для формирования штабеля деревьев на лесопогрузочном пункте и производства вспомогательных работ, гидропривод и систему управления.

Одноместная кабина машиниста имеет надежную защиту, исключающую вероятность травматизма падающим деревом. В кабине установлены поворотное сиденье и все органы управления. Технологическое оборудование управляется четырьмя рукоятками, расположенными на панели задней стенки кабины.

Машина выполняет лесосечные работы с соблюдением лесоводственно-экологических требований. Производственные исследования показали, что неповрежденная площадь с сохранившимся на ней подростом при работе ЛП-58-01 по данной технологии составила более 60% общей площади лесосеки. Сохранность подроста на площади пасек – 78,8%, средняя ширина пасечного волока – 4,4 м, средняя ширина частично минерализованной части волока – 3 м.

Валочно-трелевочная машина ЛП-58А на базе трактора ТТ-4М предназначена для использования в лесонасаждениях со средним объемом хлыстов 0,40…0,75 м³, на слабохолмистой местности с уклоном до 15°. Технологическое оборудование включает гидроманипулятор с захватно-срезающим устройством (ЗСУ), устройство для формирования и удержания трелюемых пачек деревьев (коник), толкатель для формирования штабеля деревьев на лесопогрузочном пункте, гидропривод и систему управления.

Машина выполняет следующие технологические операции: наводку ЗСУ на дерево, захват, срезание, направленную валку и укладку дерева на коник по обе стороны машины, трелевку пачки деревьев, выравнивание комлей и окучивание деревьев на погрузочной площадке. Наибольший объем трелюемой пачки 6,5 м³, диаметр срезаемого дерева в месте пропила 65 см. Захватно-срезающее устройство манипулятора может валить дерево в заданном направлении, а также, удерживая его (диаметром до 28 см) в вертикальном положении, укладывать на коник.

Ранее в подразделе 2.5.1 говорилось о роботах для валки и пакетирования. При перемещении по пересеченной местности разрабатываются роботы на колесном движителе, предназначенные для валки и трелевки деревьев. К таким роботам можно отнести ЛРК-3 (рис. 42).

Он снабжен грузовой платформой. В ее верхней части расположены коники, а в нижней – восемь гидроцилиндров, штоки которых соединены с мотор-колесами. В центральной части грузовой платформы имеется рабочий гидроцилиндр. Его шток соединен с центральным шарниром раздвижного пантографа в виде параллелограмма, который центральным шарниром присоединен к активной опоре. На ней смонтированы: энергетический узел, поворотное устройство, гидроманипулятор с захватно-срезающим устройством. В нижней части активной опоры установлены четыре гидроцилиндра, штоки которых шарнирно соединены с опорными площадками. Нижние шарниры пантографа соединены со штоками управляющих гидроцилиндров корпуса, которые шарнирно присоединены соответственно к грузовой платформе и активной опоре.

Работает лесопромышленный робот следующим образом. Специальная машина в прицепном виде транспортирует лесопромышленный робот на лесосеку. Робот занимает рабочую позицию, при которой грузовая платформа стоит на шестнадцати колесах, а активная опора – на четырех площадках; пантограф находится в среднем положении.

Гидроманипулятор активной опоры производит поиск дерева, захватывает его и с помощью захватно-срезающего устройства отделяет ствол дерева от корневой системы, а затем, не опуская на грунт, переносит его в сторону грузовой платформы с таким расчетом, чтобы захватно-срезающее устройство остановилось у края грузовой платформы. Затем захватно-срезающее устройство из вертикального положения переводится в горизонтальное, дерево укладывается на коники грузовой платформы, и цикл поиска захвата и срезания дерева повторяется.

Когда нагружена полная грузовая платформа, гидроцилиндрами поднимаются с грунта опорные площадки активной опоры, затем включается основной гидроцилиндр, складывается пантограф, активная опора подтягивается к грузовой платформе и фиксируется на ней гидроцилиндрами управления, а гидроманипулятор с захватно-срезающим устройством укладывается поверх стволов деревьев. После этого включаются в работу мотор-колеса, и, ориентируясь на маяк, лесопромышленный робот доставляет пачку деревьев к месту разгрузки, где лесовозные коники раскрываются, и деревья путем наклона грузовой платформы за счет гидроцилиндров, соединенных с мотор-колесами, сбрасываются на грунт. Затем пустая грузовая платформа возвращается на прежнее место работы, и цикл ее заполнения деревьями повторяется.

Производительность валочно-трелевочных машин определяется по формуле, общей для расчета производительности трелевочных тракторов и ВПМ. Цикловое время здесь представляется в виде

,

где  – затраты времени на движение машины с грузом и без груза;

 – затраты времени на подвод ЗСУ к дереву, его наводку, зажим и захват дерева;

 – затраты времени на спиливание и падение дерева;

 – затраты времени на укладку дерева в коники и закрытие коников;

 – затраты времени на переезды машины с одной позиции на другую;

 – затраты времени на маневрирование, сброс пачки, выравнивание комлей, окучивание (штабелевку).

Производительность валочно-трелевочных машин меньше, чем ВПМ, т.к. они тратят значительное время на трелевку древесины, и составляет в зависимости от условий работы и марок машин величину от 50 до 100 м³ в смену.