Харвестеры и форвардеры: конструктивные особенности

Основу современной полностью машинизированной сортиментной технологии составляют харвестеры (валочно-сучкорезно-раскряжёвочные машины манипуляторного типа) и форвардеры (самозагружающиеся машины для трелёвки сортиментов в полностью погруженном положении – подборщики-сортиментовозы).

Харвестеры

В настоящее время наибольшее распространение получили однозахватные (одномодульные) харвестеры. Именно этот тип манипуляторных машин используется для механизации рубок ухода.

Большинство машин данного типа представляет собой колесное шасси с шарнирно-сочлененной рамой. Колесная формула, как правило, 8х8 и 6х6 для достаточно мощных моделей и 4х4 – для более легких и маневренных. Незначительная часть харвестеров базируется на экскаваторных гусеничных шасси (Ляннен Лако, МЛ-20, CombiCat 4.3s, AFM-Magnum и AFM-60). Ряд моделей имеет специальные гусеничные или полугусеничные шасси, обеспечивающие работу машин на заболоченных участках с низкой несущей способностью грунтов (NOKKA 16WD, Farmi Trac 575H), или в качестве базового шасси используется сельскохозяйственный трактор (Patu 400 SH, FARMI). Ширина шин или гусениц обеспечивает достаточную проходимость при низком уровне удельного давления на грунт (примерно 40-50 кПа).

По общему компоновочному решению машин их можно разделить на две группы:

1. С передним моторным и задним технологическими модулями. На переднем моторном модуле монтируется кабина оператора с поворотным сиденьем. На технологическом модуле размещен гидроманипулятор с харвестерной головкой. По этой схеме скомпонованы, например, Ponsse HS 10, HS 15, Logset 106H, Valmet 892, 862.
2. С задним моторным модулем и передним технологическим. При этом кабина оператора находится на технологическом модуле, и управление машиной в режиме передвижения и манипуляторном в режиме валки осуществляется с кресла без его разворота. На большинстве машин кабина неповоротная, а поворотный манипулятор располагается перед ней (Timberjack 1270, 870, 570, FMG 990, 0470, Valmet 701). На других машинах кабина вместе с манипулятором располагается на поворотном круге (Valmet 901, 911).

Манипуляторы, устанавливаемые на харвестерах, имеют в основном достаточно сложную комбинированную конструкцию с вылетом около 10 метров и грузовым моментом 90–100 кНм. На конце манипулятора навешивается харвестерная головка. При этом одна и та же модель харвестера может оснащаться различными альтернативными головками, отвечающими требованиям заказчика по условиям характеристик древостоя и способа рубок. Управление манипулятором и харвестерной головкой электрогидравлическое с помощью двух рычагов, размещаемых на подлокотниках сидений.

Харвестерные головки предназначены для захвата растущего дерева, его срезания, валки с последующим протаскиванием через сучкорезные ножи, смонтированные непосредственно на самой головке, и раскряжёвке ствола на сортименты различной длины. Таким образом, харвестерная головка объединяет в себе захватный механизм, срезающе-раскряжёвочное устройство, валочное устройство, сучкорезно-протаскивающий механизм.

Харвестерная головка представляет собой металлическую сварную раму, на которой монтируются захватные рычаги, управляемые гидроцилиндрами. На концах рычагов смонтированы высокомоментные гидравлические моторы. На выходные валы моторов установлены барабаны (вальцы) протаскивающего механизма. Вальцы с помощью гидроцилиндров управления захватными рычагами прижимаются к дереву и удерживают последнее в силовом контуре харвестера при валке. При этом вальцы блокируются от проворачивания. После валки дерево вращающимися вальцами протаскивается относительно сучкорезных ножей. Конструктивное исполнение вальцов и используемые материалы достаточно разнообразны. Однако главным требованием к их конструкции является низкая повреждаемость обрабатываемого ствола при достаточных усилиях протаскивания, обеспечивающего качественную обрезку сучьев.

Сучкорезные ножи (подвижные и неподвижные) также смонтированы на раме головки. На разных моделях харвестеров число ножей различно (от 3 до 5). На ряде моделей привод прижима рычагов протаскивающих барабанов механически объединен с приводом сучкорезных ножей на охват ствола (Valmet 935, 945, 948, 955, 960), на других моделях привод ножей независимый (FMG 730, 740, 746, 762). На нижней части рамы размещается пильный механизм для срезания дерева при валке и раскряжёвке его на сортименты после обрезки сучьев. Привод всех механизмов харвестерной головки – гидравлический.

Харвестерная головка навешивается на конце рукояти или телескопической стрелы манипулятора через поворотный ротатор и связанную с ним скобу валочного устройства. Относительно скобы головка может поворачиваться из вертикального в горизонтальное положение с помощью гидроцилиндра.

Процессы протаскивания дерева через сучкорезные ножи, отмера длин сортиментов и раскряжёвки автоматизированы на подавляющем большинстве моделей харвестерных головок. Контроль за процессами компьютеризирован и позволяет проводить учет заготовленной древесины по объему и сортиментам. Характеристики и точность измерения различных электронных устройств примерно одинаковы. Точность измерений в сравнении с контрольными замерами по объему соответствует – 0,4…+0,6%.

Трансмиссия большинства машин гидростатическая. Это обеспечивает плавное движение харвестера в лесу, снижающее повреждаемость почвы. Машина может двигаться даже при работающих манипуляторе и харверстерной головке. Соответственно увеличивается эффективное рабочее время и повышается производительность.

Производительность современных харвестеров при рубках ухода варьируется в широком диапазоне в зависимости от древостоя и в среднем соответствует 10 куб. м/час.

Форвардеры

Большинство современных 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 38–60º. Кроме того, универсальный шарнир позволяет полурамам наклоняться в вертикальной плоскости относительно друг друга на угол до 15º. 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.

Большинство форвардеров имеет шести- или восьмиколесную ходовую систему с приводом на все колеса. Для снижения удельного давления машины на грунт ширина шин на большинстве моделей составляет 600 мм. При этом по желанию покупателя фирмы-производители машин могут оснащать их альтернативными шинами в зависимости от будущих условий эксплуатации (от 500 до 800 мм). Для повышения проходимости и снижения удельного давления на грунт на шины одеваются цепи и гусеничные ленты. Незначительная часть особо легких малогабаритных форвардеров имеет гусеничный движитель с резиновыми катками и резинометаллической гусеничной лентой.

Трансмиссия машин гидростатическая или гидромеханическая, имеющая два скоростных диапазона. Это обеспечивает плавное движение форвардера в лесу при высокой силе тяги 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 B, или на кабине (FMG 678 MINI, Valmet 870), за счет чего несколько увеличиваются размеры грузовой платформы на задней полураме.

Все форвардеры оснащаются, как правило, комбинированными манипуляторами с телескопической рукоятью (фирмы Loglift, Cranab и др.), ротатором и захватом. Вылет манипуляторов – 7-10 метров, средний грузовой момент – 66-100 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 машинизированная или ручная бензопилами). Средняя производительность современных форвардеров на рубках ухода при работе после харвестера приблизительно соответствует 12 куб. м/ час, при работе вслед за вальщиком с бензопилой – 10 куб. м/ час.