Публикации »

Оценка техники для транспортировки древесины

При анализе развития лесозаготовительной техники значительное внимание уделяется факторам, влияющим на выбор технологии и видов машин, а также требованиям к ним и выявлению сфер эффективного примененения специализированных машин для транспортировки древесины.


Различие технологий лесозаготовок по виду получаемой продукции (дерево, хлыст, сортимент) требует применения техники для доставки древесины из лесосеки: при хлыстовом методе — лесозаготовительные тракторы для трелевки деревьев или хлыстов в полупогруженном положении и лесотранспортные машины для транспортировки сортиментов в полностью погруженном положении. Основные функции лесотранспортной машины (форвардера): сбор, погрузка и транспортировка древесины (сортиментов) по волокам, усам и лесовозным дорогам к местам складирования при сплошных и санитарных рубках.

Транспортировка древесины в полностью погруженном положении пока не получила распространения в России, т. к. сортиментный метод заготовки древесины осуществляется в ограниченных объемах. Между тем достоинства этого способа очевидны. К ним следует отнести в первую очередь уменьшение сопротивления перемещению. Машина (форвардер) обладает хорошей маневренностью, относительной независимостью выполнения транспортной и погрузочно-разгрузочных операций от другой лесозаготовительной техники и исключением ручного труда. Объем транспортируемой древесины в виде сортиментов ограничивается грузоподъемностью форвардера.

Форвардеры выполняются как правило по классической схеме многоосных высокопроходимых колесных машин с приводом на все колеса, с передними колесами большого диаметра и задними балансирно подвешенными ведущими колесами меньшего диаметра. При этом распределение массы трехосного форвардера в порожнем состоянии таково, что на переднюю ось приходится порядка 60 % всей массы машины, остальная часть приходится на задние колеса. Однако схема компоновки колесного форвардера определяется не только технологическими требованиями лесозаготовок, но и целесообразностью схемы многоосного движителя с точки зрения обеспечения оптимальных параметров проходимости и грузоподъемности при незначительной сложности и дешевизне конструкции (схема 8К8 и 4К4). Рациональное распределение массы, приходящейся на четыре колеса одной полурамы у трехосного или четырехосного форвардера (вместо двух колес у двухосного), позволяет снизить удельное давление на грунт и повысить проходимость.

Большинство многоосных форвардеров до сих пор сохраняют традиционную компоновочную схему с передним расположением двигателя и следующими за ним кабиной оператора и лесотехнологическим оборудованием (манипулятор и грузовой отсек). Эта схема обусловлена характером и видом работ, выполняемых форвардером, когда груз в виде сортиментов располагается сзади поста управления.

Анализ номенклатуры колесных форвардеров для транспортировки сортиментов, предлагавшихся потребителю зарубежными фирмами и предприятиями стран СНГ в 2001–2005 гг., показывает, что за этот период на международном рынке было предложено: 51 модель форвардеров, в том числе 2 — на шасси 4К4, 28 — на шасси 6К6, 21 — на шасси 8К8.

Была систематизирована номенклатура форвардеров и проведена оценка их основных параметров, что позволило выявить количественные и качественные характеристики распределения массомощностных параметров по классам типизированного ряда, а также вывести несколько удельных показателей по материалоемкости, энергонасыщенности, грузоподъемности и их значениям при заготовке 1 куб. м древесины в зависимости от нагрузочных параметров при транспортировке сортиментов. Массомощностные и нагрузочные параметры взяты из проспектов и справочных материалов.

Распределение колесных форвардеров, предложенных потребителю, по типизированным классам (по массе) выглядит следующим образом:
 -  форвардеры легкого класса (масса 5–10 т) представлены на рынке 2 моделями только на шасси 4К4;
 -  форвардеры среднего класса (масса 10–15 т) представлены 28 моделями, в том числе на шасси 4К4 — 3, на шасси 6К6 — 14 и на шасси 8К8 — 11 моделей;
 -  форвардеры тяжелого класса (масса 15 ти выше) на рынке представлены 21 моделью, в том числе на шасси 6К6 — 8, на шасси 8К8 — 13 моделей, а на шасси 4К4 — нет.
 
Основными производителями форвардеров являются зарубежные фирмы (43 модели), предприятия стран СНГ предлагают 7 моделей, из которых 2 модели российские. Номенклатура и технические параметры форвардеров представлены в табл. 1.

Производители

 

Параметры

 

-

количество моделей (4К4/6К6/8К8)

 

диапазон мощности (кВт)

 

диапазон массы (т)

 

диапазон грузоподъемности (т) /объем сортим. (куб. м)/

 

Фирма «Тимберджек»

 

17 (1/8/8)

 

81–160

 

10,4–19,5

 

8,5–17,0 /9,2–18,5/

 

Фирма «Валмет»

 

9 (1/3/5)

 

82–170

 

11,4–19,8

 

9,0–18,0 /9,8–19,5/

 

Фирма «Понсе»

 

9 (-/3/6)

 

125–180

 

11,9–16,4

 

10,0–14,0 /10,9–15,2/

 

Фирма «Катерпиллер»

 

2 (-/-/2)

 

83–115

 

13–16,9

 

10,0–14,0 /10,9–15,2/

 

Фирма «ЗТС» (Словакия)

 

2 (1/1/-)

 

77–91

 

9,5–11,7

 

7,5–10,0 /8,2–10,9/

 

Фирма «Гремо» (Швеция)

 

2 (-/-/2)

 

111–152

 

10,7–14,2

 

9,5–12,5 /10,3–13,6/

 

Фирма «Вольво» (Швеция)

 

1 (-/1/-)

 

187

 

20,95

 

22,5 /24,5/

 

Фирма «Логман» (Финляндия)

 

1 (-/1/-)

 

110

 

14

 

12,0 /13,0/

 

ОАО «Онежск. тракт. завод»

 

2 (-/2/-)

 

109–132

 

17,5–19,4

 

14–15 /15,2–16,3/

 

ОАО «Арзам. маш. завод»

 

1 (-/-/1)

 

92

 

12

 

10,0 /10,9/

 

ПО «МТЗ» (Белоруссия)

 

3 (1/2/-)

 

70–114

 

9,0–14,2

 

5,0–12,0 /5,4–13,0/

 

ОАО «Амкодор» (Белоруссия)

 

1 (-/1/-)

 

109

 

14,5

 

12,0 /13,0/

 

ОАО «ХТЗ» (Украина)

 

1 (1/-/-)

 

121

 

13,8

 

6,0 /6,5/

 

Анализ номенклатуры моделей форвардеров показывает, что российские предприятия предлагают ограниченное количество моделей форвардеров (6 % от общего количества) только среднего (1 модель) и тяжелого (2 модели) классов, и это ограничивает их использование в лесном хозяйстве при проведении выборочных и промежуточных рубок ухода. Просматривается необходимость создания форвардеров легкого класса с шасси 4К4 и расширения номенклатуры среднего класса с шасси 6К6.

В таблице 2 приведена классификация форвардеров по средним значениям технических параметров и их удельных показателей при заготовке древесины по трем уровням массы (класс форвардера).

Показатели

 

Класс форвардера

 

-

5–10 т

 

10–15 т

 

15 т и выше

 

Количество моделей

 

2

 

28

 

21

 

Средний объем транспортируемой древесины (куб. м)

 

6,8

 

11,4

 

16

 

Средний уровень мощности (кВт)

 

73,5

 

109,5

 

145

 

Среднее значение массы (т)

 

9,25

 

13,93

 

17,44

 

Средняя удельная материалоемкость (т/кВт)

 

0,126

 

0,127

 

0,12

 

Средний уровень энергонасыщенности (кВт/т)

 

7,946

 

7,825

 

8,314

 

Удельная грузоподъемность (т/т массы форвард.)

 

0,676

 

0,753

 

0,844

 

Среднее значение отношения массы форвардера к объему транспортируемой древесины (т/куб. м)

 

1,36

 

1,222

 

1,09

 

Среднее значение отношения мощности двигателя к объему транспортируемой древесины (кВт/куб. м)

 

10,81

 

9,6

 

9,06

 

Структурное построение по техническим параметрам типоразмерных рядов колесных форвардеров, ранжированных по трем уровням массы (класс форвардера), характеризется следующими показателями:
 -  по уровню изменения объема пакета сортиментов, транспортируемого форвардером, знаменатель прогрессии равен 1,676 (от среднего класса к легкому) и 1,4 (от тяжелого класса к среднему);
 -  по уровню мощности двигателя знаменатель прогрессии равен 1,49 (от среднего класса к легкому) и 1,32 (от тяжелого класса к среднему);
 -  по уровню эксплуатационной массы форвардера знаменатель прогрессии равен 1,5 (от среднего класса к легкому) и 1,25 (от тяжелого класса к среднему);
 -  по уровню удельной грузоподъемности форвардера знаменатель прогрессии равен 1,115 (от среднего класса к легкому) и 1,12 (от тяжелого класса к среднему).
 
Таким образом, наблюдается тенденция (при переходе от меньшего класса к большему) непропорционального роста уровня объема пакета сортиментов, транспортируемого форвардером, к росту мощности двигателя и массы форвардера.

Удельные показатели колесных форвардеров по классам типизированного ряда могут характеризоваться следующими средними значениями:
 -  по удельной материалоемкости: 0,124 т/ кВт (диапазон 0,12–0,127 т/ кВт);
 -  по уровню энергонасыщенности: 8,03 кВт/т (диапазон 7,825–8,314 кВт/т);
 -  по уровню грузоподъемности: 0,76 т/тмассы форвардера (диапазон 0,676–0,845 т/т массы форвардера);
 -  по среднему уровню отношения массы форвардера к объему транспортируемого форвардером пакета сортиментов: 1,224 т/куб. м (диапазон 1,09–1,36 т/куб. м);
 -  по среднему уровню отношения мощности двигателя к объему транспортируемого форвардером пакета сортиментов: 9,88 кВт/куб. м (диапазон 9,06–10,81 кВт/куб. м).
 
Представленные удельные показатели получены с учетом массомощностных параметров форвардеров и рекомендаций по их загрузке (объем пакета сортиментов) до технически допустимого максимального значения по грузоподъемности, обозначенного предприятием-изготовителем, для транспортирования древесины в полностью погруженном положении.

Если оценивать нагрузочные режимы форвардеров, ранжированных по трем уровням массы (класс форвардера), с коэффициентом пропорциональности порядка 1,5 с учетом критериальных значений среднего объема транспортируемой древесины для машин легкого и тяжелого классов, можно спрогнозировать пропорциональность его роста, близкого к прямой зависимости для всех классов форвардеров. Тогда объем пакета сортиментов, предназначенных для транспортировки форвардером, по объемным группам можно принять: для форвардера легкого класса 7 куб. м, среднего — 10,5 куб. м и тяжелого — 16 куб. м. Для таких значений объемов пакета сортиментов средние расчетные значения эксплуатационной массы форвардера, мощности двигателя и грузоподъемности с учетом средних значений удельных показателей должны составить:
 -  для форвардера легкого класса: масса — 8,57 т (диапазон от 7,63 до 9,5 т), мощность двигателя — 68,7 кВт (диапазон от 63,4 до 75,7 кВт), грузоподъемность — 6,5 т (диапазон от 5,8 до 7,3 т);
 -  для форвардера среднего класса: масса — 12,85 т (диапазон от 11,4 до 14,3 т), мощность двигателя — 103 кВт (диапазон от 95 до 113,5 кВт), грузоподъемность — 9,8 т (диапазон от 8,7 до 10,9 т);
 -  для форвардера тяжелого класса: масса — 19,6 т (диапазон от 17,4 до 21,7 т), мощность двигателя — 157 кВт (диапазон от 145 до 173 кВт), грузоподъемность — 14,9 т (диапазон от 13,2 до 16,5 т).
 
Анализируя полученные значения, можно отметить, что в группе форвардеров легкого класса в настоящее время предлагаются модели ВКС 90.41-3 фирмы «ЗТС» (масса — 9,5 т, мощность двигателя — 77 кВт, грузоподъемность — 7,5 т) и МЛ-354М ПО «МТЗ» (масса — 9 т, мощность двигателя — 70 кВт, грузоподъемность — 5 т), в группе форвардеров среднего класса предлагаются модели ЛКТ 100Ф фирмы «ЗТС» (масса — 11,7 т, мощность двигателя — 91 кВт, грузоподъемность — 10 т) и МЛ-104 ОАО «Арзамасский машиностроительный завод» (масса — 12 т, мощность двигателя — 92 кВт, грузоподъемность — 10 т), в группе форвардеров тяжелого класса предлагаются модели 1410Д фирмы «Тимберджек» (масса — 19,5 т, мощность двигателя — 160 кВт, грузоподъемность — 17 т) и ТКЛ6-04 ОАО «Онежский тракторный завод» (масса — 19,4 т, мощность двигателя — 132 кВт, грузоподъемность — 15 т).

Приведенный анализ структуры типоразмерных рядов колесных форвардеров ведущих зарубежных фирм и предприятий стран СНГ позволяет сделать следующие обобщения и выводы:
 -  наибольшее количество моделей колесных лесозаготовительных машин (форвардеров), транспортирующих древесину в виде сортиментов в полностью погруженном положении, на рынке представлено в среднем и тяжелом классах (28 и 21 соотвентственно) типизированного ряда с рекомендуемым объемом пакета сортиментов от 6,5 до 24,5 куб. м, мощностью двигателя от 81 до 187 кВт и массой от 9 до 20,95 т;
 -  номенклатура форвардеров легкого класса на рынке представлена только двумя моделями, из них зарубежные фирмы и предприятия стран СНГ предлагают по одной модели. Российские предприятия не предлагают форвардеры в этом классе, что следует признать неудовлетворительным, т. к. для лесного хозяйства машины такого типоразмера крайне необходимы при проведении рубок ухода мелкотоварной древесины с минимальным воздействием на лесную среду по показателям маневренности и экологических требований;
 -  из общего количества моделей форвардеров (51 модель) российские предприятия предлагают 3 модели (или 6 % от общего количества), из них одну в среднем и две модели в тяжелом классах (масса — от 12 до 19,4 т, мощность двигателя — от 92 до 132 кВт, объем пакета сортиментов — от 11 до 16 куб. м).
 
Структурное построение типоразмерных рядов колесных форвардеров, ранжированных по трем уровням объемов сортиментов, рекомендуемых для загрузки по параметрам грузоподъемности, можно охарактеризовать следующими расчетными показателями:
 -  среднее значение объема пакета сортиментов: 7, 10,5 и 16 куб. м;
 -  среднее значение массы форвардера: 8,6, 12,8 и 19,6 т;
 -  среднее значение мощности двигателя: 69, 103 и 157 кВт.
 
При переходе колесных форвардеров от легкого класса (масса — 5–10 т) к среднему (масса — 10–15 т) рост объема пакета сортиментов, массы форвардера и мощности двигателя осуществлены с коэффициентом перехода 1,5 (фактически в диапазоне 1,49–1,67), т. е. можно отметить пропорциональность этого процесса как близкого к прямой зависимости.

При переходе колесных форвардеров от среднего класса (масса — 10–15 т) к тяжелому (масса — 15 т и выше) аналогичные параметры повышаются с коэффициентом 1,52 (фактически в диапазоне 1,24–1,4).

Удельные показатели колесных форвардеров трех классов типизированного ряда будут характеризоваться средними значениями:
 -  по удельной материалоемкости: расчетные — 0,124 т/ кВт (фактически 0,124т/кВт);
 -  по уровню энергонасыщенности: расчетные — 8,03 кВт/т (фактически 8,03 кВт/т);
 -  по удельной грузоподъемности: расчетные — 0,752 т/т массы форвардера (фактически — 0,76 т/т массы форвардера);
 -  по среднему уровню отношения массы форвардера к объему транспортируемого пакета сортиментов: расчетные — 1,224 т/куб. м (фактически — 1,224 т/куб. м);
 -  по среднему уровню отношения мощности двигателя к объему транспортируемого пакета сортиментов: расчет-ные — 9,82 кВт/куб. м (фактически — 9,82 кВт/куб. м).
 
По энергоемкости выполнения операции транспортировки пакета сортиментов колесными форвардерами при заготовке 1 куб. м древесины рекомендуемые расчетные значения удельных показателей в сравнении с фактическими практически одинаковы, что дает основание оценивать массо-мощностные параметры форвардеров и режимы их загрузки с учетом оптимизации параметра грузоподъемности для каждого класса типизированного ряда.

Все современные технологические процессы лесозаготовительных работ основаны на первичной заготовке и транспортировке древесины. Для этого применяются машины различных систем, предназначенные для конкретного метода заготовки древесины (хлыстовой или сортиментный) с решением проблемы, где оставлять порубочные остатки: на лесосеке или на нижнем складе (например, по пожарным соображениям). Кроме того, в случае выборочных рубок и рубок ухода трелевка древесины может оказаться не лучшим выбором, т. к. в этом случае трелюемые деревья могут повредить стволы и корни оставшихся деревьев и подроста. При транспортировке древесины транспортной машиной (форвардером) операцию валки деревьев можно вести более гибко. Это позволяет уменьшить повреждения ствола и кроны дерева.

Выбор оптимальных параметров оборудования и машин в целом, предназначенных для транспортировки древесины в виде сортиментов в полностью погруженном положении, должен определяться прежде всего производительностью техники, которая оправдывала бы затраты на ее приобретение. Однако не стоит пренебрегать и показателями экологических требований — воздействие техники на лес должно быть минимальным.

Автор: Э. К. Стрельцов
Дата: 05.06.2006
Журнал Стройпрофиль 4-06
Рубрика: оборудование




«« назад