2.3.3Машинная валка леса
Полностью механизировать процесс валки леса можно с использованием специальных лесных машин. Однако валочные машины используются значительно меньше в сравнении с бензопилами, более простыми и маневренными.
Для того чтобы валочная машина была экономически эффективной, ее производительность должна быть не менее 250…300 м3 в смену. Технологический цикл машины, включая время переездов от дерева к дереву, не должен превышать 25…30 с.
Валочная машина должна быть технологичной, хорошо вписываться в технологический поток на лесосеке. Это, прежде всего, гибкая технологическая связь между валочной машиной и последующими машинами в системе. Необходимо, чтобы валка не сдерживала трелевку, трелевка в свою очередь – валку. Как минимум, требуется валить деревья так, чтобы между ними и стенкой леса оставался проход для самой валочной машины при следующем ее рейсе. Обязательным условием является также порядок валки деревьев, который создавал бы наиболее благоприятные условия для формирования пачки трелевочным трактором и трелевки ее.
Промышленное применение имеют пока только валочные машины рычажного типа, хотя в принципе, возможно создание и манипуляторных валочных машин.
Валочная машина ВМ-4 предназначена для срезания деревьев с корня и сталкивания их в заданном направлении. Машина ВМ-4 (рис. 13) сконструирована на базе гусеничного трелевочного трактора ТТ-4. Она состоит из следующих основных узлов: ходовой части, двигателя, кабины с ограждением, механизма срезания с подвеской, механизма повала деревьев (МПД), бульдозера со снегоочистителем, технологического рычага, гидросистемы.
Валочные машины рекомендуется применять на лесосеках со средним объемом хлыста 0,75 м3 и более. С их помощью можно валить деревья диаметром до 120 см в месте реза, т.е. практически любые крупномерные деревья. Эти машины предназначены для работы в районах с равнинным или слабохолмистым рельефом при крутизне склонов до 15 °. Использование машин возможно на всех тех грунтах, которые обеспечивают проходимость трелевочных тракторов. Валочные машины целесообразно применять в незахламленных лесосеках, на которых количество валежных и буреломных стволов не превышает 3…5 % общего числа деревьев.
Технологический цикл валки деревьев машиной ВМ-4 складывается из следующих приемов: подъезд машины к дереву; наводка механизма срезания на дерево; наводка валочного рычага; спиливание дерева; сталкивание. При работе машины с перекидыванием, кроме того, выполняются приемы: откидывание технологического рычага и перекидывание комля дерева через машину. При снежном покрове высотой более 50 см снег расчищают около срезаемых деревьев для заглубления механизма срезания.
Подъезд машины к дереву выполняется с таким расчетом, чтобы валить дерево в направлении, наиболее удобном для последующей трелевки трактором. Направление подъезда машины определяется, прежде всего, заданной технологией работы машины – без перекидывания комля дерева через машину и с перекидыванием.
При работе без перекидывания машина должна подъезжать параллельно стенке леса. В этом случае спиленное дерево падает также параллельно стенке леса. При трелевке закрытые кронами комли деревьев освобождаются за счет дополнительных движений манипулятора трелевочного трактора.
При работе с перекидыванием машина подходит к дереву с небольшим поворотом (на угол 10…15 °) со стороны вырубки. Этот маневр позволяет свалить дерево так, что между его вершиной и стоящими деревьями образуется проход шириной 2…3 м.
Механизм срезания в исходном транспортном положении находится над левой гусеницей (рис. 14). С помощью подвески он может быть выдвинут влево на расстояние 100 см и опущен вниз на 109 см. С учетом длины пильной шины общая ширина рабочей зоны составляет 2 м.
Вертикальная наводка механизма срезания на дерево производится путем опускания или подъема механизма срезания. Вертикальной наводкой устанавливается высота пня, которая должна быть наименьшей – не более одной трети диаметра дерева в месте реза, а при срезании деревьев диаметром до 30 см – не более 10 см. Вертикальная наводка обычно совмещается по времени с выдвижением механизма срезания.
Механизм срезания может перемещаться также в горизонтальной плоскости. Перемещение осуществляется за счет поворота подвески в пределах 10 ° и поворота пильной шины на 93 °.
Горизонтальная наводка в продольном направлении осуществляется движением самой машины и заключается в выборе, места остановки ее у дерева и корректировке этой наводки. Горизонтальную поперечную наводку механизма срезания на дерево также целесообразно выполнять при подъезде машины к дереву. К дереву следует подъезжать таким образом, чтобы расстояние между деревом и гусеницей составляло не менее 0,7 м. Поперечная наводка корректируется выдвижением подвески механизма срезания. Механизм срезания следует выдвигать с таким расчетом, чтобы серединой пильной шины срезалась центральная часть дерева в плоскости спиливания. При этом зазор между корпусом механизма срезания и деревом должен быть не менее 15 см.
Находящийся в зоне наводки подрост и кустарник, который мешает нормальной работе машины и ухудшает обзорность, должен в процессе наводки отгибаться, а непосредственно у дерева – подминаться или срезаться.
Сталкивание деревьев осуществляется механизмом повала деревьев (МПД). Валочный рычаг механизма повала поворачивается на угол 22 ° (4 ° вперед и 18 ° назад). На конце валочного рычага, который может выдвигаться влево на 190 см, создается усилие до 24,6 кН. Усилие прикладывается к дереву на высоте 3 м от опорной поверхности гусениц.
У машины ВМ-4 процесс спиливания деревьев должен быть четко взаимоувязан по времени и усилиям с приемом сталкивания. Если усилие нажатия приложено к дереву преждевременно, может произойти скол ствола или образоваться трещины. Если усилие нажатия запаздывает, возможен зажим пилы и падение дерева в произвольном направлении.
Технологический рычаг служит для перекидывания комля дерева через машину. Рычаг имеет два положения – транспортное и рабочее. Грузоподъемность технологического рычага 3 т. Прием перекидывания комля дерева через машину выполняется следующим образом. Технологический рычаг опускается на землю. Это делается одновременно с наводкой механизма срезания и выдвижением валочного рычага. Дерево падает на рычаг комлевой частью – на расстоянии 1,4…1,6 м от комлевого среза. После перевода механизма срезания и МПД в исходное положение включается цилиндр технологического рычага и комель дерева, копируя форму рычага и балки, переносится через машину. Расстояние, на которое перекидывается комель, составляет 4,55 м, что вполне достаточно для следующего прохода машины.
За один проход машина ВМ-4 разрубает пасечную ленту шириной 3…4 м. При рабочей зоне механизма срезания 2 м указанная ширина ленты достигается за счет маневрирования машины. Машина перемещается, как правило, не прямолинейно, а с поворотами и осаживанием назад в зависимости от размещения деревьев. За счет маневрирования сокращаются расстояния переездов машины от дерева к дереву и создаются более благоприятные условия для сбора пачек трелевочными тракторами.
За рубежом валочные машины аналогичные ВМ-4 практически не применяются из-за указанных ограничений эксплуатации. В Канаде и США валочные машины выпускаются как навесные сменные органы к тракторам в виде гидравлических ножниц. Такие срезающие устройства просты по конструкции, но требуют больших усилий для срезания деревьев.
Кроме того, применение ножей ведет к расслоению волокон ствола в месте срезания, которое распространяется на значительную длину по стволу. Поэтому в большинстве конструкций валочных машин все-таки используют цепные пильные аппараты, обеспечивающие высокое качество пропила без нарушения целостности ствола.
Рассмотренные выше валочные машины относятся к категории машин цикличного действия. Цикл, состоящий из четырех приемов, повторяется при валке каждого дерева. Производительность таких машин ограниченна. В связи с этим вполне правомерны поиски других принципиально новых решений задачи механизации валки леса. Одним из возможных ее решений является создание валочных машин непрерывного действия, машин-лесорезов, работающих «напроход». Сущность их заключается в том, что срезание деревьев происходит не по циклам, а непрерывно, без остановки или замедления скорости у каждого дерева.
Машины для валки деревьев напроход в зависимости от типа режущего органа, системы подачи и наводки режущего устройства, привода могут быть созданы во многих конструктивных и кинематических вариантах. Одним из таких вариантов машины является вариант, когда на трелевочный трактор навешен нож, имеющий треугольную форму. При проходе трактора рядом с деревом нож заглубляется в ствол, как бы протягивается сквозь него и таким образом дерево срезается. Вдоль стенки леса трактор двигается безостановочно, срезая все деревья на ленте шириной 1…2 м.
Имеются и другие образцы машин для валки деревьев напроход, основанные на применении принципиально иных решений срезающего органа (дисковые фрезы, цилиндрические фрезы, протяжки и др.). При удачном конструктивном решении режущего органа машины этого класса могут иметь производительность 500 м3 и более в смену.
В УкрНИИЛХА было разработано устройство для срезания деревьев, агрегатируемое с колесным трактором типа МТЗ. Это устройство может вести как выборочное, так и сплошное срезание ряда деревьев.
При выборочном срезании деревьев срезающее устройство маятникового типа подводится оператором к предварительно выбранному дереву, а дальнейшее срезание осуществляется автоматически.
Направление движения машины также устанавливается автоматически при помощи копирующего устройства со щупом. Следящий механизм через щуп контактирует со стволами деревьев и при помощи гидравлического привода удерживает машину на одинаковом расстоянии от ряда с учетом его искривления и направления склона. При жесткой установке пильного диска может производиться не только выборочное, но и сплошное срезание ряда деревьев.