Сучкорезные машины

Сучкорезные машины.

Процесс обрубки  сучьев топором прост и понятен: человек видит сучок и в  зависимости от его толщины  наносит топором удар требуемой силы, стараясь срубить сучок заподлицо. При необходимости он повторяет удары, добиваясь нужного результата. Вот и вся «технология»…

Казалось бы, проще  не придумаешь. Но сможет ли машина заменить сучкоруба? Сумеет ли она «увидеть»  каждый сучок, определить его расположение на дереве, учесть особенности формы, кривизну ствола, толщину сучьев? А  ведь различия древесных пород весьма значительны. Например, у ели число  сучьев почти в 5…10 раз больше, чем  у сосны, осины или березы, зато осиновые сучья в 5…8 раз толще  еловых. Как учесть все эти моменты  при создании машины? Рассматривались  различные варианты, многие отклонялись  из-за сложности и громоздкости предлагаемых конструкций. Не сразу удалось найти  оптимальное решение. Истоки творческих идей подчас неожиданны. Иной раз отправной  точкой могут послужить даже воспоминания детских лет…

Вспомним пример, связанный с опытом первых прогулок по лесу: если березовую веточку  протащить правой рукой через  плотно сжатые пальцы левой, все листья оторвутся, и в руке останется  прутик. Вот он – ключ к решению  задачи! Надо создать машину, которая  сможет протаскивать крону дерева через  режущее устройство. Такова была главная  идея. Но чтобы воплотить ее в  металле, предстояло провести массу  сложных исследований и расчетов: найти оптимальную конфигурацию режущего органа, вычислить необходимое  усилие протаскивания дерева, срезания сучьев, предельно допустимую кривизну ствола и т.д.

На кульманах  конструкторы вычерчивали чертежи  будущей машины, в стендовых залах  научные сотрудники проводили многочисленные эксперименты. Позднее на помощь разработчикам  пришли электронно-вычислительные машины, применение математического моделирования  позволило ускорить процесс создания новой техники. Но первые сучкорезные  машины создавались без участия  компьютеров, только на базе таланта, инженерного  опыта и интуиции исследователей и конструкторов.

Необходимо отметить приоритет нашей  отечественной науки и техники: первые сучкорезные машины были созданы  в СССР. Одна из первых сучкорезных  машин созданных нашими конструкторами была СМ-2. В 1963 году Свердловский машиностроительный завод стал серийно выпускать  самоходную сучкорезную машину на базе трелевочного трактора ТДТ-75. Но вскоре в связи с переходом Алтайского тракторного завода на выпуск трелевочных  тракторов ТТ-4 (вместо ТДТ-75) машина была переделана и стала выпускаться  под маркой ЛО-72. Конструкция осталась прежней, но была увеличена скорость обработки деревьев, за счет чего ее производительность стала на 15% выше.

Машина  ЛО-72 состоит из базового трактора ТТ-4, на котором установлены сучкорезная головка, манипулятор, механизм протаскивания дерева и механизм уборки сучьев. Сучкорезная головка состоит из трех державок с закрепленными на них жесткими ножами. Нижняя державка закреплена на раме трактора, две другие укреплены на рычагах и могут поворачиваться под действием гидроцилиндров. При загрузке дерева рычаги поворачиваются, и ножевая головка раскрывается, после загрузки она закрывается и охватывает ствол по всему периметру его поперечного сечения. Манипулятор – одностреловой, неповоротный, служит для подачи деревьев в ножевую головку машины и состоит из стрелы, рукояти и захвата с подвижной и неподвижной челюстями. Механизм протаскивания периодического действия с канатным тяговым органом. Он предназначен для протаскивания деревьев через сучкорезную головку с последующей сброской хлыстов в штабель и состоит из металлической фермы, опирающейся на два пневматических колеса и аутригер, каретки с захватом, двух барабанной тракторной лебедки и канатно-блочной системы. Каретка снабжена опорными роликами для перемещения по направляющим и защелками, при помощи которых она автоматически стопорится на ферме в крайних положениях. Рамный захват каретки служит для зажима комлевой части дерева. Канатно-блочная система предназначена для перемещения каретки и привода в действие рамного захвата и состоит из рабочего и холостого канатов и направляющих блоков. Рабочий канат одним концом крепится к барабану лебедки, а другим – к захвату каретки. Механизм уборки срезанных сучьев представляет собой рычаг, на нижнем конце которого шарнирно закреплена вилка. Этот механизм включает в работу оператор машины по мере накопления сучьев у сучкорезной головки. Управление машины осуществляется из кабины оператора.

Машина могла  работать только на предварительно подготовленной площадке. Но вначале для обработки деревьев сучкорезная машина переводится из транспортного положения в рабочее: ферму протаскивающего устройства устанавливают параллельно стволам лежащих в штабеле деревьев; трактор располагают относительно фермы под углом 90^o; тяговый канат с крюком на конце для перемещения фермы к штабелю деревьев укрепляют за якорный пень, расположенный от фермы на расстоянии около 40 метров; поворотные колеса фермы освобождают от фиксаторов; аутригер упирают в грунт; укосину фермы опускают на землю; тягу автомата останова захвата соединяют с рычагом управления лебедкой.

Да, сучкорезная  машина хорошо обрезала сучья и смогла заменить труд 5…7 сучкорубов. При этом оставшийся на лесосеке человек сидел  в кабине, а не лазил с топором  по лесосеке целый рабочий день и  рубил сучья, невзирая на погоду. Металлическая  ферма вызывала массу неудобств, одно только перемещение машины от штабеля к штабелю вызывало определенные трудности, не говоря о перебазировке  на другую лесосеку. Требовалось создание более мобильной установки. Возник вопрос – что делать с фермой?

Наши ученые, конструкторы и машиностроители  продолжали работать над совершенствованием сучкорезной машины. Ферму заменили стрелой и подвесили ее на смонтированной на машине поворотной колонне, благодаря чему машина стала более мобильной. В новой усовершенствованной модели не нужен манипулятор, стрелу можно наклонять и поворачивать, чтобы захватить очередное дерево. Все это позволило значительно упростить конструкцию, снизить массу машины и снизить затраты. Заводы оперативно перешли на выпуск ЛП-30 и ЛП-33. В 1979 году их было выпущено 460 штук. 

…Заглянем на лесосеку. Характерный для севера европейской  части лесной массив: хвойные деревья  перемежаются с лиственными, средний объем хлыста не превышает 0,3 кубометра. Для этих условий предназначена сучкорезная машина ЛП-30. Базой ее служит трелевочный трактор ТДТ-55. На его раме смонтировано навесное технологическое оборудование. Бросается в глаза шарнирно подвешенная стрела. На одном ее конце установлена сучкорезная головка с верхним и боковыми ножами, на другом – приемная головка с ножами для поддержания дерева в процессе обработки, а также для доочистки сучьев. По направляющим стрелы перемещается захват протаскивающего механизма, приводимый в действие двухбарабанной лебедкой. Когда машина движется по лесосеке, стрела занимает транспортное положение – параллельно оси движения трактора.

В зависимости от организации производственного  процесса машина ЛП-30 может работать на лесопогрузочном пункте и непосредственно  на лесосеке – после валки, перед  трелевкой, Она может срезать  сучья как от комля к вершине, так и от вершины к комлю. Это  расширяет технологические возможности  ее применения. Для работы сучкорезной  машины на лесопогрузочном пункте не требуется проводить какую-либо особую подготовку. Достаточно создать  запас подтрелеванных деревьев, уложенных в штабель.

Понаблюдаем за работой  машины, заменяющей тяжелый труд сучкорубов. Когда она подходит к штабелю, машинист разворачивает стрелу на 90^o – из транспортного положения в рабочее, перпендикулярно продольной оси трактора, затем, наклоняя и поворачивая стрелу, с помощью ножей сучкорезной головки захватывает и поднимает дерево. После этого на конец ствола надвигается захват протаскивающего механизма. При включении лебедки он зажимает ствол, протаскивая его со скоростью около 2 метра в секунду через сомкнутые ножи сучкорезной головки, и подает его в зону действия рычагов приемной головки.

Ствол очищается  от сучьев в несколько приемов  за счет перемещения захвата в  рабочем и холостом направлениях. Для сбрасывания хлыста машинист раскрывает поворотные рычаги захвата  и ножи приемной головки. Машина может  срезать сучья диаметром до 15 сантиметров, наибольшая кривизна ствола – 15%. Работая даже в маломерных лесах  со средним объемом до 0,2 кубометра, машина обрабатывает 500…600 деревьев за смену, то есть 100…120 кубометров за смену.

По мере освоения сучкорезных машин выявилась  возможность выполнения ими, помимо обрезки сучьев, ряда дополнительных операций, способствующих повышению эффективности всего лесозаготовительного процесса. Так, обрабатывая деревья, сучкорезная машина может попутно сортировать хлысты на длинные и короткие, крупномерные и тонкомерные. Этим достигается лучшее выравнивание комлей, что облегчает последующую погрузку пачек на лесовозный транспорт. Кроме того, опытные машинисты сортируют хлысты и по породам. Для этого из общего штабеля деревья хвойных пород обрабатываются за вершины, затем машина переезжает вдоль штабеля на новую стоянку, останавливаясь со стороны комлей, и протаскивает за комель лиственные деревья. Таким образом, по обеим сторонам от штабеля два отдельных штабеля хлыстов – хвойных и лиственных пород.

Сортировка хлыстов  повышает производительность труда  на последующих операциях на нижнем складе. А при работе на лесосеке, у трелевочного волока, сучкорезная  машина способствует увеличению выработки  трелевочного трактора, так как хлысты трелевать легче, чем деревья: отсутствие кроны снижает сопротивление  пачки движению.

На лесосеках  со слабыми грунтами сучкорезная  машина может помогать работе не только трелевочных тракторов, но и лесовозных автопоездов: срезанные сучья можно  использовать для укрепления волоков  и временных лесовозных дорог (усов), связывающих лесопогрузочный пункт  с дорогой, ведущей к нижнему  складу. Причем эту работу может  выполнять сама сучкорезная машина. Она захватывает сучья сучкорезной  головкой, поворотом стрелы перемещает их на волок и несколькими проходами  уплотняет сучья. Вот, оказывается, какой умелицей может быть в опытных  руках самоходная сучкорезная машина. Не будет преувеличением сказать, что  она становиться ведущей технологической  единицей в комплекте лесосечных машин.

В крупномерных лесах со средним объемом хлыста до 1 кубометра успешно работают сучкорезные машины ЛП-33. Навесное технологическое  оборудование смонтировано на трелевочном  тракторе ТТ-4. Принципиальная схема устройства ЛП-33 аналогична схеме машины ЛП-30, но конструкция усилена в расчете на обработку более крупных деревьев, протаскивающее усилие увеличено в 1,7 раза. Машина срезает сучья диаметром до 20 сантиметров. Ее производительность при среднем объеме хлыста 0,5 кубометра составляет 165 кубометров в смену.

В начале семидесятых  годов 20-го века уровень машинной обрезки  сучьев едва превышал 6% всего объема заготовки леса, а в конце восьмидесятых  – до 82%.

ЛП-30 много раз модернизировали, и уже сейчас она выпускается  под маркой ЛП-30Г. Основное отличие конструкции машины ЛП-30Г состоит в использовании электрозолотниковой системы управления навесным технологическим оборудованием. Захват протаскивающего механизма перемещается с помощью специальной гидроприводной лебедки, смонтированной на конце стрелы приемной головки. Также усовершенствованная кабина отвечает современным эргономическим требованиям.

Шло развитие механизация  обрезки сучьев и за рубежом. В 70-х  годах прошлого века широко рекламировались  в Северной Америке сучкорезные  машины с барабанным цепным рабочим  органом. Это устройство выполнено  в виде помещенного в кожух  вала квадратного сечения с закрепленными  по его длине цепями. Для привода  применена мощная центробежная муфта  сцепления и двухступенчатая  ременная передача. Механизм монтировался в основном на обычном трелевочном  тракторе, но мог использоваться и  фронтальный погрузчик. Машина перемещалась по уложенной на землю пачке деревьев, обивая с них сучья выпрямляющимися  при вращении вала цепями. При низких затратах и высокой производительности при групповой очистке деревьев от сучьев они давали низкое качество очистки, и поэтому в дальнейшем заметного распространения не получили.

Можно отметить также  упрощенные устройства типа решеток, закрепленных вблизи погрузочных площадок, в которые  заталкивались трелевочными тракторами вершины деревьев для грубой очистки  от сучьев.

В конце 80-х годов  прошлого века в Северной Америке  наибольшее распространение получили мощные стреловые сучкорезные машины, имеющие выдвижные балки с  сучкорезными головками на конце. Они  монтируются в основном на экскаваторной  базе весом 20 тонн и более, и отличаются от других видов сучкорезных машин  хорошим качеством обрезки сучьев и довольно высокой производительностью, но имеют высокие затраты. Они работали у дороги, куда трелевали пачки деревьев трелевочные трактора с клещевым захватом. Было отмечено, что наряду с ростом производительности и улучшения качества обрезки сучьев, применение стреловых сучкорезных машин, оказывает значительное воздействие на весь комплекс лесозаготовительного производства. Это и увеличение грузоподъемности лесовозных автомобилей за счет качественной обработки стволов, и более очищенная лесосека, так как все остатки концентрируются у дороги, где производится обрезка сучьев. Здесь лесосечные отходы могут сжигаться или перерабатываться на топливную щепу. Очищенные от сучьев стволы дают возможность более точного их отмера при раскряжевке. Также чистота обрезки сучьев повышает в дальнейшем надежность работы окорочного станка.

Здесь можно  привести в пример машину фирмы «Коринг». Модель Коринг К620 с механизмом типа Роджер предназначена для обработки деревьев любой длины. Обрезка сучьев производится в горизонтальном плане при протаскивании ствола с перехватом через четыре скользящих сучкорезных ножа. Усилие обрезки – 35 кН, скорость протаскивания – 2,3 м/с, максимальный диаметр обрабатываемых деревьев – 58 см при выдвижении стрелы на 12 метров. Обрезка вершин ствола осуществлялась при помощи ножа на выдвижной части стрелы. Грузоподъемность стрелы в задвинутом/выдвинутом положении – 3000/800 кг. Машина имела дизель с турбонаддувом мощностью 147 кВт.