Технологические процессы лесосечных работ

1. Вывозка деревьев.

2. Вывозка хлыстов.

3. Вывозка сортиментов.

4. Вывозка технологической щепы.

5. Вывозка пилопродукции.

Два наиболее распространенных, да и, пожалуй, единственно применяемых в России способов заготовки это сортиментная и хлыстовая заготовки. При выборе технологического процесса необходимо учитывать значительное количество факторов, от которых зависят производительность и эффективность работы машин, минимальный объем ручного труда, максимальное и рациональное использование сырья, достижение минимальной себестоимости продукции. Значительное влияние на выбор технологического процесса лесосечных работ оказывают виды производств потребителей древесины и территориальное их расположение относительно лесосеки. Сортиментная технология во многих случаях более экономична и эффективна. В том числе и с экологической точки зрения – в местах, где осуществляется трелевка хлыстов, на земле не остается даже дерна – этот метод не является щадящим для леса. Тенденция последних лет в России – лесозаготовительные предприятия стараются перейти на сортиментную технологию.

Все операции могут выполняться тремя вариантами: все операции проводятся с помощью бензопилы; валка выполняется бензопилой, обрезка сучьев и раскряжевка процессором (передвижной сучкорезно-раскряжевочной машиной); валка, обрезка сучьев и раскряжевка проводятся одной машиной харвестером (валочно-сучкорезно-раскряжевочной машиной).

Для трелевки заготовленных сортиментов к лесной дороге используются специализированные самозагружаю­щиеся машины манипуляторного типа – форвардеры. В сравнении с другими известными наземными трелевочными средствами форвардеры имеют ряд несомненных преимуществ:

- производительность форвардера меньше зависит от объемов вырубаемых деревьев;

- за счет наличия манипулятора с большим вылетом (до 10 м) форвардеру не требуется перемещение к каждой пачке сортиментов;

- из-за меньших габаритов и осуществления трелевки в полностью погруженном положении форвардеры меньше повреждают стоящие деревья при проведении рубок ухода и выборочных рубок;

- в соответствии с современной сортиментной технологией форвардеры при разгрузке древесины у лесовозных дорог формируют довольно компактные по площади штабеля древесины высотой 3-4 м, существенно снижая тем самым пространства, отводимые под придорожные склады;

- форвардеры могут производить сортировку древесины при погрузке и разгрузке, что положительно влияет на дальнейшее распределение леса между потребителями при вывозке автомобильным транспортом;

- за счет использования принципа перемещения сортиментов в полностью погруженном положении форвардеры исключают загрязнение древесины;

- форвардеры одинаково эффективно могут использоваться на выборочных рубках, рубках ухода и сплошных рубках главного пользования;

- при необходимости форвардеры могут эффективно использоваться для сбора и перевозки порубочных остатков.

В Скандинавии наибольший удельный вес (более 90%) имеет полностью механизированная реализация техпроцесса сортиментной заготовки древесины (харвестер + форвардер).

Основное лесозаготовительное оборудование

Бензомоторные пилы

Несмотря на то, что подавляющая доля валки леса в современных сортиментных лесозаготовительных процессах полностью машинизирована, механизированная валка бензомоторными пилами с использованием ручного труда не может быть полностью исключена. В России широкое использование бензопил следует прогнозировать и на ближайшие десятилетия. Это объясняется как экономическими, социальными, так и природно-производственными особенностями. К этой группе относятся так называемые безредукторные пилы, производимые германской фирмой Stihl и скандинавским концерном Electrolux, в номенклатуре которого большое число модификаций марок Husqvarna, Partner и Jonsered. Сходными отечественными моделями являются пилы «Тайга-214», «Тайга-245» и «Крона-202».

Харвестеры

Известны два принципиально разных типа харвестеров: двухзахватные (двухмодульные или two-grip harvester) и однозахватные (одномодульные или single- ог one-grip harvester). Второй из упомянутых типов является более поздним техническим решением. Харвестер первого типа имеет два раздельных рабочих модуля: захватно-срезающее устройство, служащее для захвата растущего дерева, его срезания и валки с последующим переносом ко второму рабочему модулю – сучкорезно-раскряжевочной установке. В этой конструкции харвестера захватно-срезающее устройство агрегатируется на манипуляторе, а сучкорезно-раскряжевочная установка – на базовом шасси. Харвестер второго типа имеет один рабочий модуль, осуществляющий захват растущего дерева, его срезание и валку, протаскивание через сучкорезное устройство этого же рабочего органа для обрезки сучьев, отмер длин и раскряжевку на сортименты. Таким образом, раскряжевка производится тем же срезающим механизмом, которым дерево отделяется от пня.

Процессоры

В ходе механизации лесозаготовок процессоры появились раньше, чем харвестеры. Главной их отличительной чертой является отсутствие устройств для срезания и валки деревьев. При использовании процессоров эти операции выполняются вручную с применением бензо­моторных пил. Следовательно, процессор можно рассматривать как прототип харвестера, не выполняющего валку. Процессор может быть выполнен по схеме харвестера первого или второго типа. В последнем случае его принято называть навесным. В настоящее время процессоры практически не применяются в Сканди­навских странах, где их полностью вытеснили одномодульные харвестеры. Однако в России возможность их широкого применения остается достаточно перспективной, что обусловлено особенностями лесного фонда, наличием крупномерных деревьев и значительной долей лиственных пород.

Форвардеры

Большинство современных моделей машин данного типа представляет собой шасси с шарнирно-сочлененной рамой. Передняя и задняя части рамы соединены универсальным шарниром с двумя степенями свободы. Таким образом, поворот машины осуществляется за счет изменения взаимного расположения полурам относительно вертикальной оси шарнира. Исполнительный механизм поворота представляет собой один или два гидроцилиндра для изменения угла взаимной ориентации полурам в горизонтальной плоскости. Значение угла складывания полурам находится в пределах 38 – 60°. Кроме того, универсальный шарнир позволяет полурамам наклоняться в вертикальной плоскости относительно друг друга на угол порядка 15°. Это разгружает раму при движении машины по пересеченной местности и обеспечивает высокую проходимость при значительной длине продольной базы. За счет возможности блокировки шарнира по горизонтальной оси обеспечивается повышенная устойчивость при работе машины в режимах погрузки и разгрузки.

Трансмиссия машин гидростатическая или гидромеханическая, имеет два скоростных диапазона. Это обеспечивает плавное движение форвардера в лесу при высокой силе тяги (среднее значение по рассмотренным машинам составляет 89 кН) и благоприятно сказывается на взаимодействии машины с почвой. Максимальная скорость движения машин на первом скоростном диапазоне 7–10 км/ч. на втором – 25–34 км/ч.

Компоновка всех машин примерно одинакова: на передней полураме распо­лагаются двигатель и кабина оператора, на задней полураме – грузовая платформа со стойками для перевозки сортиментов. Технологическое оборудование – манипулятор с захватом – на большинстве моделей располагается на задней полураме перед грузовой платформой и отделяется от нее ограждением. Только на некоторых моделях манипулятор разме­щен за кабиной на передней полураме, например, Timberjack 810 В, PIKA 728, или на кабине (FMG 678 MINI, Valmet 870), за счет чего несколько увеличиваются размеры грузовой платформы на задней полураме.

Двигатели машин дизельные, с водяным охлаждением (Perkins, Valmet, Mercedes, Cummins, Iveco, Kubota). Средняя мощность двигателя для современного форвардера – 98,9 кВт при средней массе машины 11 956 кг. Кабина располагается за двигателем за исключением нескольких моделей (Logset 504F и Norcar 400, 500, 600), в которых она вынесена вперед. Удобство, безопасность, просторность и хороший обзор – главные атрибуты кабин всех моделей форвардеров. Кабины отличаются низким уровнем шума (ниже 72 дБ) и вибрации, эргономичным сиденьем и удобными органами управления. За кабиной на передней полураме располагаются бак гидросистемы и гидрораспределители.

Все форвардеры оснащаются, как правило, комбинированными манипу­ляторами с телескопической рукоятью (фирм Loglift, Cranab и др.), ротатором и захватом. Вылет манипуляторов – 7–10 м, средний грузовой момент – 66­100 кНм. Управление манипулятором – электрогидравлическое, с помощью двух рычагов, размещаемых на подлокотниках сидений. Производительность современных машин данного класса зависит от характе­ристик древостоя и принятой технологии валки леса (полностью механизи­рованная или ручная бензопилами). Средняя производительность современных форвардеров на рубках ухода при работе после харвестера равна 12 куб м/ч, при работе вслед за вальщиком с бензопилой – 10 куб м/ч.

Харвардеры (форвестеры)

Процесс машинизации сортиментной заготовки леса привел к созданию комбинированных машин, объединяющих в себе одномодульный харвестер и форвардер. Такие машины получили название харвардеров или форвестеров (что, по сути, является синонимами). Здесь следует упомянуть машину VALMET 801 Combi, а также машины PIKA 828 и PIKA 728 с харвестерными агрегатами оригинальной конструкции PIKA 410 Combihead и PIKA 320 Combihead.

Следует отметить, что эти машины пока не получили достаточно широкого распространения, поскольку их целесообразно использовать только на так называемых малообъемных лесозаготовках и при небольших расстояниях трелевки. В настоящий момент машины для лесосечных работ представляют собой подобие офисов на колесах с высоким уровнем автоматизации и компьютеризации. Программные приложения и комплектующие зачастую те же, что и у обычных компьютеров, что облегчает создание и поддержку компьютерных систем, а также их подключение к офисным приложениям.

В России инициатором создания лесных машин для заготовки сортиментов в середине 80-х гг. прошлого столетия стал Карельский научно-исследовательский институт лесной промышленности (КарНИИЛП). Для заготовки сортиментов на лесосеке при несплошных рубках были разработаны процессор ЛО-123 и форвардер ЛТ-189. При создании машин использован метод агрегатирования колесных сельскохозяйственных тракторов активными полуприцепами, выдвинутый и обоснованный проф. С.Ф. Орловым в Лесотехнической академии (г. Санкт-Петербург).

Единой базой машин является колесное трехосное шасси, сконструированное на основе блочно-модульного принципа. В качестве энергетического модуля использован трактор МТЗ-80 (без передней оси), в качестве приводного модуля (активного полуприцепа) – приводная балансирная тележка автогрейдера. В зависимости от функционального назначения машины трехосное шасси оснащают соответствующим технологическим оборудованием. Одним из основных компонентов технологического оборудования может быть универсальный гидравлический манипулятор с грузовым моментом 50 или 70 кНм. Трехосная компоновка колесной лесозаготовительной машины повышает ее устойчивость, что обеспечивает безопасную работу оператора. Шарнирное сочленение полурам (мостов) позволяет преодолевать препятствия без отрыва колес от опорной поверхности.

Процессор ЛО-123 обеспечивал обработку деревьев (обрезку сучьев и рас­кряжевку) при несплошных рубках непосредственно на технологическом коридоре (волоке). Учитывая, что машина такого назначения создавалась впервые в отечественной практике, разработке ее предшествовала большая исследовательская работа по обоснованию и проверке параметров техноло­гического оборудования. На машине ЛО-12З устанавливали гидроманипулятор с грузовым моментом 70 кНм. В качестве рабочего органа, навешиваемого на гидроманипулятор, использована сучкорезно-раскряжевочная головка, разработанная в КарНИИЛПе. Протаскивание ствола через трехножевой контур для обрезки сучьев осуществлялся циклично с помощью гидроцилиндра с ходом поршня 1 м. Такое устройство позволяло развивать значительное усилие обрезки сучьев (до 5 тонн), что с успехом обеспечивало обработку стволов осины и березы, которые преимущественно должны выбираться при рубках ухода. Машина ЛО-12З снабжалась автоматизированной системой управления, обеспечивающей программный раскрой хлыста и учет выработанных сорти­ментов. Производительность – 8 куб м/ч. Серийно не выпускалась.

Форвардер ЛТ-189 разработан КарНИИЛПом совместно с Майкопским проектно-конструкторским институтом лесного машиностроения. Компо­новка машины аналогична большинству зарубежных форвардеров: на передней полу раме располагаются двигатель и кабина оператора, на задней полураме – технологическое оборудование – манипулятор с захватом перед грузовой платформой, отделяемый от нее ограждением. Освоение серийного выпуска машины ЛТ-189 было начато на Петрозаводском ремонтно-механическом заводе в 1990 году. Всего таких форварде ров было изготовлено более ста единиц.

КарНИИЛП в процессе изготовления и эксплуатации ЛТ-189 постоянно проводил работы по совершенствованию форвардера, и в результате была создана новая машина – ЛТ-189М, производство которой начал в 1995 году Орловский завод дорожных машин. В конструкцию машины ЛТ-189М по сравнению с ЛТ-189 внесены значи­тельные изменения. В новом форвардере существенно улучшена проходимость машины: увеличена грузоподъемность, повышена эксплуатационная надежность, повышена топливная экономичность, улучшены условия работы оператора, машина полностью соответствует эколого-лесоводственным требованиям.

После 1995 г. в России работа по созданию отечественных машин для заготовки сортиментов несколько оживилась. АО ЦНИИМЭ (Москва) совместно с Минским тракторным заводом разработали и изготовили легкий форвардер МЛ-124 с колесной формулой 4х4. Однако широкого применения эта машина не получила. С 2003 года Минский тракторный завод предлагает форвардер МЛ-131, разработанный также при участии АО ЦНИИМЭ. Конструкция этой машины принципиально не отличается от ЛТ-189М. По сравнению с ЛТ-189М на МЛ-131 установлен более мощный двигатель, применены специальные лесные шины. Основные параметры машин приведены в таблице (табл. 2).

Конструкторами АО «Горьковский автомобильный завод» при участии АО ЦНИИМЭ разработан и изготавливается одним из его дочерних предприятий форвардер МЛ-I04. Вначале была предпринята попытка использовать как базу массивную сплошную раму и ходовую часть колесного бронетранспортера (8х8), установив на эту базу гидроманипулятор и платформу с кониками для размещения сортиментов. Однако эта база оказалась непригодной в условиях лесосеки, поэтому была разработана машина с шарнирно-сочлененной рамой. Колесная формула МЛ­104 - 8х8. На машине применены специальные лесные шины, установлен гидроманипулятор Loglift-71VТ. Мощность двигателя 100 кВт.

Первым российским харвестером можно считать машину МЛ-20 конструкции ЦНИИМЭ. Машина имеет тяжелую гусеничную базу экскаваторного типа, на которой первоначально было смонтировано оборудование для срезания и пакетирования деревьев, и машине была присвоена марка ВПМ ЛП-19. Заменив валочную головку на устройство, подобное харвестерной головке, получили харвестер.

Отличие ее от современных одномодульных харвестеров заключается в том, что после срезания дерева обрезка сучьев и раскряжевка ствола производятся в вертикальном положении дерева последовательным перемещением головки с помощью стрелы машины. К сожалению, машина МЛ-20, имея значительные габариты и недостаточную технологичность, не может применяться на несплошных рубках.

КарНИИЛПом был разработан и испытан опытный образец легкого харвестера ЛП-62. Компоновочное решение машины – с передним моторным и задним технологическим модулями. В качестве базы использован доработанный форвардер ЛТ-189М: усилена и укорочена задняя полурама, увеличена до 2500 мм ширина колеи, установлен форсированный двигатель мощностью 77 кВт. Технологическое оборудование представлено гидроманипулятором с вылетом 9,1 м, с грузовым моментом 90 кНм Майкопского машиностроительного завода. Харвестерная головка разработана и изготовлена в КарНИИЛПе. Головка трехножевая: один нож неподвижный, подпружиненный, два – расположены на гидроуправляемых рычагах и используются также для захвата ствола дерева. Протаскивающий механизм состоит из приводных гусеницы и двух вальцов, благодаря этому усилие протаскивания достигает 2 500 кг. Масса харвестерной головки – 600 кг. Производительность харвестера ЛП-62, полученная в период приемочных испытаний – 8,5 куб м/ч. Серийно не выпускалась.

Начиная с 2002 года в России стали использоваться харвестеры, изготовленные на отечественной базе (машины ЛП-19В. МЛ -119 А) с применением импортных харвестерных головок и гидроаппаратуры ввиду отсутствия отечественной харвестерной головки.

Цены на лесозаготовительную технику и оборудование

Лесозаготовка автоматизированными комплексами пока еще не получила широкого распространения в России. Однако тенденция последних лет, особенно на северо-западе России, – увеличение ее доли. Крупные лесозаготовительные компании уже используют данную технологическую схему, и, как показывает их опыт, а также опыт финских, канадских лесозаготовительных компаний, она наиболее эффективна.

Так доля сортиментной заготовки у корпорации «Илим Палп» составляет более 20%. На предприятии отмечают, что курс на внедрение сортиментной технологии заготовки леса с использованием многооперационной техники полностью себя оправдывает. В планах компании ОАО «МБП Сыктывкарский ЛПК» покупка современной лесозаготовительной техники для сортиментной заготовки леса. Это позволит сократить расходы на лесозаготовку за счет минимизации затрат на рабочую силу. Так, один лесозаготовительный комплекс позволяет сэкономить 80 рабочих мест. К 2010 году около 60% всей поступающей на ОАО «Монди Бизнес Пейпа Сыктывкарский ЛПК» древесины будет заготавливаться с помощью сортиментной технологии. Инвестиции составят до 200 млн руб. в год. Компания «Вологодские лесопромышленники» планирует увеличить объем сортиментной заготовки древесины к 2007 г. до 2 млн м3. ОАО «Ледмозерское ЛЗХ» намерено до 2010 года инвестировать более 200 млн руб в развитие лесозаготовительных мощностей. Предприятие планирует осуществить переход от хлыстовой к сортиментной технологии лесозаготовок.

Фактором, сдерживающим более широкое распространение подобной техники, является ее стоимость. Так, цена нового колесного харвестера Timberjaсk-1270 составляет 350 тыс евро. Цена форвардера Timberjaсk-1110 – 220 тыс. евро. Кроме того, к этим ценам следует добавить немалые таможенные пошлины и транспортные расходы. Учитывая дороговизну зарубежной техники, существует устойчивый спрос на подержанную технику. Например, 5-7-летний харвестер Timberjack можно купить примерно за 120–150 тыс. евро. Примерно по той же цене можно приобрести и форвардер. Учитывая высокую надежность этих машин, такая цена не является слишком высокой.

Конкурентом поставок импортной подержанной техники может стать организация сборочных производств на территории России. И здесь может быть использован уже имеющийся успешный опыт организации сборочных мощностей на территории России. В качестве примера можно привести компанию «Харви Форестер», которая в конце 2005 года открыла в Карелии завод сборке и сервисному обслуживанию современной лесозаготовительной техники. Свое производство компания «Харви Форестер» открыла на базе бывшего Медвежьегорского ремонтно-механического завода. Общий объем инвестиций в реализацию проекта составил 4,5 млн евро. Производственная мощность завода – один лесозаготовительный комплекс (харвестер + форвардер) в месяц. Помимо сборки новой техники, предприятие будет заниматься сервисным обслуживанием харвестеров и форвардеров. Стоят карельские форвардеры и харвестеры намного дешевле импортных аналогов – стоимость 570 тыс евро, что примерно на 20% ниже стоимости растаможенной импортной техники. При этом они сохраняют все характеристики евротехники. Они и есть собственно европейская техника, поскольку при их сборке используются исключительно импортные комплектующие и западные технологии.