Как управлять харвестером видео

Достоинства и недостатки колесных и гусеничных харвестеров

История создания харвестера

Лесозаготовительный комбайн, а именно так изначально называлась валочная машина, в качестве рабочего образца в СССР был создан в 1984 году. Специалистами Карельского НИИ Леспрома были разработаны машины для валки деревьев и одновременно их раскряжевки. Прогресс заключался в том, что основную работу по валке деревьев выполнял агрегат, оснащенный манипулятором с захватом, на котором устанавливались пилы. Но это была первая машина лесозаготовительного комплекса. Производительность работы комплекса существенно повышалась за счет второй машины комплекса – комбайна для раскряжевки. Этот лесоповалочный комплекс обрабатывал древесину в два этапа – валочная машина осуществляла валку леса, а вторая машина осуществляла раскряжевку и резку деревьев по размеру. При этом лесозаготовка таким комплексом имела еще одни элемент – доставку заготовленного материала, обычно осуществляемого трелевочным трактором.
Новым этапом развития техники стало изобретение харвестерной головки, позволивший объединить две машины в один агрегат – харвестер, или лесозаготовительный комбайн. Новация заключалась в том, что действие по валке дерева и его начальной обработке совмещалось в одном устройстве – пильной головке.

С внедрением компьютерных технологий управление харвестером стало легче, оператор харвестера получил возможность контролировать все процессы. Начиная от определения объема заготовленной древесины и заканчивая определением геолокации выработки.

С момента появления прототипа принцип работы харвестера не изменился, но стал существенно отличаться благодаря новым функциям. Основное действие теперь сконцентрировано в одном агрегате – головке с несколькими пилами. Поперечная пила применяется для валки деревьев и резки согласно сортаменту, другие пилы используются для удаления веток и сучьев. Гусеничный харвестер со временем был заменен машиной, на более универсальной, колесной платформой.

Что такое современный харвестер было представлено в 1996 году John Deere – именно он выпустил машину, которую можно назвать первым современным харвестером.

Развитие этого вида техники привело к появлению нескольких видов таких машин. Мини версию можно увидеть не только в лесу, в Москве тоже нашлось применение этому виду техники. Эти машины незаменимы в лесной и парковой зонах столицы. Что касается транспортировки, то на замену тяжелому гусеничному трактору пришла концепция форвардера – колесного трактора с манипулятором и кузовом для перевозки древесины.

Популярные модели харвестеров

Американская компания Caterpillar выпускает гусеничные харвестеры Cat 521B и Cat 522B, которые заслуженно считаются эталоном выносливости и стабильности среди лесозаготовительного оборудования. Популярностью на мировом рынке пользуются харвестеры еще одной американской компании — John Deere. Запущенная в 1996 году серия 1270, была настолько удачной, что машины с данным индексом существуют и сейчас, продолжая постоянно обновляться и совершенствоваться.

Самый большой харвестер в мире выпускает Komatsu Forest – подразделение японской корпорации Komatsu Ltd. Модель Komatsu 951 весом 23,6 тонн, оснащена 6-цилиндровым турбодизелем мощностью 210 кВт при 1,900 rpm. Вылет стрелы японского харвестера составляет 10,3 м. Различные модели харвестеров также присутствуют в каталоге продукции таких известных компаний как: Gremo, HSM, Logset, Ponsse, Rottne, Sampo, Silvatec, Sogedep, ENTRACON, Tigercat, TimberPro, Амкодор, МТЗ, ЧЕТРА.

В статье использованы материалы с официальных сайтов компаний-производителей лесозаготовительной техники.

Харвестер: что это такое и каково его устройство

Весь комплекс базируется на шасси – колесном, гусеничном либо комбинированном. Выбор между видами диктуется условиями, в которых предполагается использовать машину. Ширина колес или гусениц достаточна для того, чтобы обеспечить хорошее сцепление с грунтом и устойчивость на мягкой почве, но если работать предстоит на заболоченных участках, предпочтение отдается второму варианту.

На раме расположена комфортабельная кабина по типу тракторной, из которой оператор задает нужные операции. Управление осуществляется через программируемые контроллеры, каждый из которых отвечает за свой модуль: двигатель, раму, кабину, автоматическую коробку скоростей, манипулятор и головку. Манипулируя специальными джойстиками, оператор добивается нужного результата. Контролировать процесс помогает небольшой монитор, располагающийся перед специалистом.

Работа харвестера по обработке леса ведется с помощью харвестерной головки – основного инструмента комбайна. По сути, это отдельный сложный механизм с захватами, циркулярными пилами, обрезными ножами. Головка закреплена на гидравлическом манипуляторе достаточной мощности, чтобы располагать головку со стволом в различных плоскостях. Стрела манипулятора достигает 70 метров и более.

Гидроманипулятор

В комплектацию форвардера также входит гидроманипулятор. Он может крепиться на крыше кабины либо в передней или задней части машины. Чаще всего на тяжелых и базовых моделях гидроманипулятор расположен в задней части, а на маленьких – в передней. Чем ближе к центру форвардера расположен центральный шарнир рамы, тем меньше машина срезает на поворотах. Данная особенность имеет большое значение при выполнении прореживания. Машины с гидроманипулятором, расположенным в задней части, являются более длинными, следовательно, больше срезают повороты, поскольку их передняя часть заметно короче задней. Подобная конструкция также демонстрирует большую устойчивость при погрузке, поскольку колебания гасятся по мере заполнения грузового отсека.

С каркасом гидроманипулятор соединяется посредством станины, в которой предусмотрен поворотный механизм, включающий в себя 2 цилиндра, а также оборудованный колонной и зубчатыми рейками. На колонну монтируется шестеренка, вращающаяся с помощью зубчатых реек, которые имеются на цилиндрах. Поворотный механизм обеспечивает значительный угол поворота – до 380°. Телескопическое устройство увеличивает длину вылета шарнирно-рычажного механизма. На конце гидроманипулятора есть ротатор захвата, который может вращаться без ограничений.

Чаще всего производительность погрузчика-манипулятора определяется его грузовым моментом – подъемным усилием, умноженным на расстояние от центра поворота. Средние форвардеры нередко имеют суммарный грузовой момент манипулятора до 100 кН/м и способны поднимать грузы массой (450 ± 50) кг при предельном вылете стрелы до 10 м. Необходимо отметить, что при пустом грузовом отсеке подъем тяжелых бревен может спровоцировать проблемы с устойчивостью. Поэтому массивные стволы деревьев рекомендуется заблаговременно подтаскивать с помощью телескопической стрелы.

Классификация харвестеров

Приведенная классификация носит условный характер, и производители вольны использовать другое деление.

Производительность машины зависит от мощности и условий, в которых приходится заготавливать лес. Считается нормальным, если в час получится спилить, очистить и подготовить к транспортировке 10 кубометров кругляка в час.

Какими функциями обладают

Харвестеры «Джон Дир» аккумулируют в себе последние технические достижения с традиционным качеством и повышенным стремлением к автоматизации всех осуществляемых процессов.

Технологи компании особое внимание уделяют внедрению инноваций, что позволяет оборудованию этого производителя идти в ногу со временем.

Применяемые для валки, раскряжевки, удаления сучьев, сортимента стволов для дальнейшей транспортировки харвестеры упомянутой марки отличаются повышенной маневренностью, проходимостью, высокой эффективностью при сведенных к минимуму топливных затратах.

Эти машины находят применение как на лесных делянках, так и при строительстве дорог, прекрасно реализуя себя на мягких грунтах, болотистых почвах и на ровном асфальтовом покрытии.

Производителем выпускаются харвестеры, предназначенные для выполнения следующих действий:

Наиболее востребованной является техника, ориентированная на выполнение процессов, указанных в последних двух пунктах.

Классификация

Существует несколько разных классификаций. По типу ходовой части:

На колесах форвардера могут быть дополнительно установлены цепи противоскольжения или гусеничные накладки. Кроме этого, бывают модели с гусеничной резинометаллической ходовой.

Критерий легкости зависит от веса всей машины. По классу легкости выделяют:

Тележка форвардера включается такие составляющие:

Вместительность отсека достигает от 5 до 25 кубометров. Кроме этого, конструкция тележки может быть как фиксированная, так и трансформируемая. В последней возможно изменение геометрии и объема.

Преимущества харвестеров

По сравнению с обычной лесозаготовительной техникой харвестеры обладают следующими базовыми преимуществами:

READ Как смастерить столярный верстак своими руками

Производительность

Это одна из базовых характеристик форвардера, по которой осуществляется выбор модели. Производительность работы при выполнении трелевки зависит от ряда факторов:

Уровень производительности также определяется количеством транспортируемых сортаментов. Чем оно выше, тем больше времени расходуется на сбор и погрузку/выгрузку лесоматериалов. Данный процесс можно ускорить, если в основании платформы будет присутствовать рама с гидроприводом. Чаще всего при использовании в паре с харвестером производительность форвардера составляет порядка 12 м3/ч. Несмотря на кажущуюся простоту функционирования такой техники, ее работа в значительной степени зависит от мастерства оператора.

В России и странах Европы самой распространенной является скандинавская технология заготовки леса, разработанная в Финляндии и Швеции. Она предусматривает выполнение ассортиментной заготовки и применение при этом мощных машин. Всего одна пара, состоящая из форвардера и харвестера, способна заменить порядка 80 человек, которые выполняют заготовку леса по стандартной технологии. Одновременно с этим нельзя соизмерить объем древесины, обработанной машинами и вручную. При стандартной лесозаготовке бригада, состоящая из 7–8 работников, способна заготовить 7000–8000 м3 древесины в год, а форвардер в паре с харвестером – более 60 000 м3.

Старый новый харвестер

По конструкции харвестер напоминает современных промышленных роботов. Его мозг — это шесть программируемых контроллеров и система управления TimberMatic H-12. Пять из шести контроллеров одинаковы и взаимозаменяемы. Это контроллеры рамы, кабины, трансмиссии, манипулятора, харвестерной головки. Специализированный контроллер управляет двигателем.

Контроллеры получают информацию от органов управления и многочисленных датчиков, производят вычисления и формируют выходной сигнал для исполнительных механизмов машины (гидравлических моторов, цилиндров манипулятора и межрамного сочленения и проч.).

С каждым обновлением ПО TimberMatic выходят новые прошивки для контроллеров, которые обучают их новым функциям. Среди этих функций на первом месте самодиагностика. Благодаря ей оператор в некоторых случаях может сам починить машину (например, если сгорел предохранитель), а в остальных — передать подробную информацию о неисправности в сервисный центр, чтобы техник приехал уже с нужными инструментами и запчастями. Вопрос оперативной диагностики и ремонта очень важен для харвестера: машина работает в уголках, весьма далеких от цивилизации, а простой ее стоит очень дорого.

С помощью TimberMatic человек может настроить машину под себя. Начинающим операторам удобнее работать с более плавными откликами на отклонение рукояток, тогда как опытный работник предпочитает быстрые реакции на точные действия натренированных рук. Кроме того, компьютер неустанно следит за безопасностью: например, дезактивирует харвестерную головку, если дверь кабины открыта, или блокирует поворот кабины при движении по дороге.

Принцип работы

Харвестеры, несмотря на многозадачность, отличаются простотой функционирования. Их рабочий цикл можно разделить на следующие основные этапы:

Работу комбайна контролирует оператор из кабины. Используя специальную систему управления, он перемещает харвестер по участку, устанавливает оптимальную скорость хода манипулятора и темп выполнения операций.

Работа форвардера

Срубленные на участке лесоматериалы трелюют к лесовозной дороге при помощи форвардера, или на особом трелевочном тракторе. Кроме того, такую работу можно проделать и на сельскохозяйственном тракторе, на котором установлена лебедка с чокерами. Тем не менее, в этой работе нет равных форвардеру, поскольку и трелевочный и сельскохозяйственный трактора отличаются гораздо меньшей мощностью.

Этапы трелевки делят на такие фазы:

Из суммарного расхода времени на трелевку при помощи форвардера большая часть времени тратится на погрузку (примерно 40%). Выгрузка материала занимает чуть меньше времени, примерно 20%. О том, как работает форвардер, видео расскажет более подробно.

Особенности

Современные модели форвардера оснащены мощными галогеновыми фарами, которые дают возможность полноценно работать даже в темное время суток. Высокий уровень производительности достигается в паре харвестер и форвардер одновременно в ходе заготовки, если учесть, что в зимний период сортименты необходимо вывозить немедленно после заготовки. Если древесина будет долгое время оставаться на участке, то ее может занести снегом. С приходом лета возрастает риск заражения материалов различными вредителями, поэтому хранить древесину на участке можно не более двух дней.

Большая часть форвардеров оснащена шести- или восьмиколесным шасси с гидростатическо-механической трансмиссией. За счет этого машина с легкостью преодолевать любые неровности рельефа. Управление форвардером осуществляется из кабины. Рычаги управления погрузочным манипулятором находятся на подлокотниках сиденья. Кабина не имеет функции отдельного поворота, однако форвардер оснащен сиденьем, которое можно поворачивать в нужную сторону. Вследствие этого возможна погрузка с полного круга.

Управление харвестером

Кабина оператора располагается на раме и по внешнему виду похожа на тракторную. Из нее открывается хороший обзор, что повышает безопасность выполнения работ. Управление харвестером осуществляется посредством программируемых контроллеров. Каждый из них отвечает за определенный модуль техники: раму, двигатель, кабину, головку, манипулятор, автоматическую коробку скоростей. Контроллеры управляются с помощью джойстиков, для отслеживания процесса работы в кабине имеется монитор.

Оператор закладывает основные параметры в компьютер харвестера перед началом работы. В частности, туда нужно ввести данные о породе древесины, необходимых диаметрах сортамента и др. (в сумме несколько сотен параметров). Исходя из введенной информации, компьютер харвестера автоматически определяет длину элементов, но окончательное решение остается за оператором. После программирования машины оператор посредством джойстиков подгоняет головку к стволу, включает режим пиления, затем – обработки и распиловки древесины.

Несмотря на кажущуюся простоту манипуляций джойстиками, для эффективной и быстрой работы необходима высокая координация движений. Поэтому харвестерами могут управлять только специалисты, которые прошли обучение на соответствующих курсах.

Кто управляет харвестером

Основные параметры закладываются в компьютер машины перед началом работы. Вносится информация о породе дерева, о том, какие диаметры сортиментов требуются. Длину элементов, исходя из внесенных данных, харвестер определяет автоматически, но конечное решение остается за специалистом за пультом.

Руководит работой харвестера оператор. Он сначала программирует задание на клавиатуре, с помощью джойстиков подводит головку машины к дереву, включает процесс пиления, а затем переключает на обработку ствола и его распиловку.

Выполнять такую работу способны только высококвалифицированные специалисты, которым помогает трудоустраиваться Союз операторов харвестера. При кажущейся простоте манипулирования джойстиками здесь требуется высокая координация действий. Поэтому перед началом трудовой деятельности обязательно надо завершить специальное обучение на курсах, где не только расскажут о том, что это такое – харвестер, но и научат основам работы на машине.

Эксплуатация харвестера

Раньше данные работы выполнялись с привлечением множества технических устройств, и большой массы рабочей силы. Данный ход работы не являлся особо продуктивным из-за возникающих на содержание техники и оплаты труда рабочим, расходов. Поэтому было введено использование при лесозаготовительных работах такого вида техники, как харвестеры. Данный вид техники выполняет все вышеназванные операции самостоятельно, не привлекая дополнительного оборудования.

В его задачи входит выполнение таких функций, как валка деревьев, обрезание сучьев, обмерные работы, раскряжевка и другие подобные работы. Таким образом становиться понятно, что проще использовать один аппарата, нежели привлекать кучу других и дополнительные трудовые резервы.

Выполнение всех перечисленных видов работ осуществляется харвестером при помощи всего одной головки, которая входит в конструкцию манипулятора. Стрела манипулятора способна к вылету до десяти метров, таким образом, ее рабочая площадь может быть равной порядка двадцати метров. Но если сам харвестер относится к классу тяжелых, то его стрела вылетает не более чем на восемь метров, поскольку должно быть соотношение в весе техники и весе стрелы с грузом, в противном случае техника может перевернуться.

Виды лесозаготовительных комбайнов

Классификация комбайнов сегодня делается в основном по назначению машины и возможностей его использования. На основании описания и устройства машин можно выделить следующие типы харвестеров:

Технические характеристики

Представить, что такое харвестер, можно изучив технические характеристики John Deere 1270D.

Технические характеристики John Deere 1270D

READ Циркуль в деревообработке

Типы харвестеров

Сегодня все харвестеры имеют практически одинаковую конструкцию и набор рабочих узлов. Однако, они имеют разный внешний вид и определенные параметры. Существует такая классификация по весу и сечению срезаемого дерева:

По типу ходовой все харвестеры делятся на:

По типу харвестерной головки выделяют:

Грузавтоинфо. Грузовой автотранспорт в деталях.

Прежде чем дерево попадет на обработку, его надо спилить и вывезти из леса. Все чаще для этой тяжелой работы используются «стальные» лесорубы: харвестеры и форвардеры.

Сегодня половина промышленных лесозаготовок в мире выполняется вручную, другая половина — механизированным способом с применением двух методов: доля технологии хлыстовой заготовки составляет около 60%, а сортиментной — около 40%.

Приоритет применения сортиментной технологии и лесозаготовительных машин принадлежит Скандинавским странам и в настоящее время активно внедряется в странах СНГ и Южной Америки. Основу современной полностью механизированной сортиментной технологии составляют харвестеры (валочно-сучкорезно-раскряжевочные машины манипуляторного типа) и форвардеры (самозагружающиеся машины для перевозки сортиментов). К слову, еще в 1984 г. Карельский НИИ лесной промышленности создал первый в СССР комплекс машин для заготовки сортиментов, правда, в то время специалисты отрасли еще не употребляли популярных ныне названий машин — «харвестер», «форвардер».

Лесной комбайн — харвестер — появился не сразу. Он эволюционировал из сучкорезной машины, которая сначала приобрела функцию раскряжевки (разделки) хлыста, а в дальнейшем была «скрещена» с валочной машиной. Первые харвестеры обрабатывали дерево в два этапа: сначала оно захватывалось и срезалось валочной головкой, потом укладывалось в сучкорезно-раскряжевочное устройство (процессор). Причем на некоторых моделях для работы требовалось два оператора: один для управления машиной, второй — процессором!

С целью сокращения времени рабочего цикла почти 40 лет назад был изобретен единый агрегат — харвестерная головка. Он объединил в себе захватный механизм, срезающее устройство для валки и раскряжевки дерева, механизм обрезки сучьев (протаскивающие вальцы и сучкорезные ножи) и механизм замера длин.

Шасси харвестера и форвардера имеют много общего

Компактные маневренные модели идеально подходят для прореживания леса

Для сплошных рубок требуется техника помощнее

Выпускаемые модели делят на классы по диаметру обрабатываемого ствола и собственной массе: легкие (300-600 кг, Ø 5-40 см), средние (700-1000 кг, Ø 5-50 см) и тяжелые (1000-1200 кг, Ø 10-60 см). Первые используют для рубок прореживания, вторые — универсальные, последние — для рубок главного пользования. На рынке есть и более мощные модели массой до 3 500 кг, которым «по зубам» стволы толщиной более метра! Разработкой и изготовлением харвестерных головок сегодня занимаются компании: AFM-Forest, Arbro-Stroke, Caterpillar, Kesla, Komatsu Forest (Valmet), Kone-Ketonen, Lako Forest, Log Max, Logset, Mense RPK, Naarva, Ponsse, Silvatec, SP Maskiner, Tigercat, Waratah и др.

Подавляющее большинство лесных машин является манипуляторными, тем самым удается оградить человека от прямого контакта с тяжелыми и травмоопасными деревьями, хлыстами и сортиментами. Харвестерная головка через ротатор подвешивается к «стальной руке» гидроманипулятора. Широкое распространение получили манипуляторы комбинированного типа (шарнирно-сочлененная стрела с телескопической рукоятью) и параллельного типа (стрела в виде параллелограмма с телескопической рукоятью). Для харвестеров они выпускаются с вылетом до 12 м и грузовым моментом от 80 до 300 кНм. Изготовлением манипуляторов занимаются компании: Cranab, John Deere, Kesla, Loglift, Ponsse, Rottne, Tigercat и др.

Манипуляторы для форвардеров отличаются более скромными параметрами: вылет до 10 м, грузовой момент от 40 до 160 кНм. Вместо харвестерной головки они оборудованы грейферным захватом для погрузки сортиментов. Форвардер работает в связке с харвестером и служит для доставки сортиментов на специальные площадки для перегрузки на автомобильный транспорт. Как правило, плечо перевозки не превышает 1 км. Грузоподъемность наиболее мощных машин составляет 20 т! Грузовой отсек форвардера сформирован кониками и решетчатой передней стенкой, отдельные модели имеют возможность его трансформации с целью увеличения перевозимого объема легковесной топливной древесины.

Универсальный шарнир с двумя степенями свободы

Балансирная тележка — просто и функционально

Современная харвестерная головка умеет многое

Эксплуатация харвестеров и форвардеров проходит в широком диапазоне условий, которые одним словом можно охарактеризовать как тяжелые, что, в свою очередь предъявляет повышенные требования к конструкции машин. Функционально они разные, но конструктивно имеют много общего.

Это внедорожные полноприводные машины с колесной формулой 4х4, 6х6 или 8х8. Собственный вес находится в пределах 8-24 т. Компоновка двухмодульная с шарнирно-сочлененной рамой, вариации расположения энергетического (с двигателем) и технологического (с рабочим оборудованием) модулей самые разнообразные, особенно у харвестеров. В качестве двигателей используются 4-х и 6-цилиндровые дизели с турбонаддувом мощностью 130 – 280 л.с. Для бесступенчатой регулировки и передачи крутящего момента служит механико-гидростатическая трансмиссия, позволяющая реализовывать тяговые усилия до 22 т и мягко адаптироваться к возникающим препятствиям на лесосеке. Два диапазона ее механической коробки передач обеспечивают технологическую скорость 7-10 км/ч и транспортную 25-34 км/ч. Ведущие мосты имеют планетарные колесные редукторы, блокировку дифференциалов, многодисковые гидравлические тормоза.

Балансирные тандемные тележки объединяют задние оси трехосных, а также задние и передние оси четырехосных машин. Их простая и надежная конструкция позволяет успешно преодолевать пни, валуны, канавы. Отличной проходимости способствует и внушительный дорожный просвет (580-800 мм) вкупе с бронированным днищем. Для снижения удельного давления машин на грунт шины, помимо большого диаметра, имеют ширину 600 мм. Также в арсенале имеются цепи противоскольжения и гусеничные ленты.

Все «телодвижения» рабочих органов осуществляются с помощью гидравлики. Гидросистема имеет один или несколько контуров, которые запитываются регулируемыми аксиально-поршневыми насосами, чувствительными к нагрузке. Рабочая жидкость посредством пропорциональных гидрораспределителей с электрогидравлическим управлением направляется к гидроцилиндрам и гидромоторам манипулятора и харвестерной головки. Сохранению экологической обстановки леса способствует использование биологически разлагаемых масел.

Благодаря системе управления, отвечающей за согласованную работу гидравлики, дизельного двигателя и трансмиссии, машина может двигаться даже при работающем манипуляторе и харверстерной головке. В задачу оператора входит наведение головки на дерево, а дальнейшей обработкой заведует бортовой компьютер, определяющий, как использовать хлыст с наибольшей пользой. Настройки для разных пород деревьев позволяют оператору одним нажатием кнопки переключаться с хвойных деревьев на лиственные. Система управления позволяет проводить учет заготовленной древесины по объему и сортиментам. Так что в конце смены не составит большого труда получить подробный отчет о выполненной работе, а отдельные «гурманы» могут даже направить его в офис по электронной почте, не выходя из кабины!

Система выравнивания кабины обеспечивает комфортную работу на косогорах

Цепи и гусеничные ленты дополнительно увеличивают проходимость

Прицепной форвардер — дешево и сердито!

Ну, а кабина современного «лесоруба» только стимулирует на высокую производительность труда. Рабочее место сконструировано с учетом всех нюансов эргономики и пожеланий операторов.

Стали историей многочисленные рычаги, россыпи тумблеров и кругляши аналоговых индикаторов. Им на смену пришли удобные многофункциональные джойстики с минимумом «горячих» клавиш и цветные сенсорные экраны. Прослеживаются тенденции применения поворотных кабин с системой выравнивания крена, что особенно эффективно при работе на косогорах. Кабина может располагаться как на поворотном устройстве вместе с манипулятором, так и отдельно, при этом она поворачивается синхронно за манипулятором. Чтобы голова не шла «кругом» от последних достижений прогресса, а харвестерная головка не «вспахивала» землю, для операторов предусмотрено обучение: сначала на тренажере-симуляторе, потом на реальной машине.

Напоследок перечислим основные фирмы-производители харвестеров и форвардеров: Caterpillar, Gremo, HSM, John Deere, Komatsu Forest (Valmet), Logset, Ponsse, Rottne, Sampo, Silvatec, Sogedep, Tigercat, TimberPro, Амкодор, МТЗ, ЧЕТРА и др.

Рассмотренные выше колесные харвестеры и форвардеры получили наибольшее распространение. Также широко используются тяжелые харвестеры на базе гусеничных шасси экскаваторов и легкие — на базе колесных тракторов. Существует альтернативный вариант — харвардер, объединяющий в себе два типа машин. Сформировался класс самоходных мини-форвардеров и форвардеров прицепного типа. Проходят испытания роботизированные комплексы машин, набирает обороты гибридный привод. Одним словом, семья лесорубов постоянно увеличивается и развивается!

Зачем нужны системы измерения и управления

Системы измерения/управления для харвестера/форвардера

Производственный процесс лесозаготовки состоит из трех основных операций: лесосечных работ, транспортировки леса и складирования заготовленного сырья на лесопромышленном складе (предприятии). И на каждом из этих этапов компании-лесозаготовителю необходимо четко знать, сколько древесины заготовлено, перевезено и помещено на склад. Эти сведения необходимы не только для того, чтобы точно рассчитать, какую прибыль может получить компания, но и для долгосрочного планирования заготовок.

В современных деловых отношениях договор выше стандартов. Это значит, что параметры лесоматериалов при отгрузке должны в первую очередь соответствовать условиям заключенного договора и лишь потом (при необходимости) – нормативным документам. Поэтому стандартизированные методы подсчета круглых лесоматериалов, которые применялись некоторое время назад, сейчас уже неактуальны – большая погрешность (как в плюс, так и в минус) в определении объемов недопустима.

Именно желание прогнозировать расходы и прибыль и необходимость получать точную информацию о количестве заготовленного леса подвигли разработчиков лесозаготовительной техники (ЛЗТ) на создание системы измерения, которая могла бы самостоятельно вести учет срубленного леса.

Ни одна из ведущих компаний – производителей лесозаготовительных машин не претендует на титул первооткрывателя в области создания систем измерения и управления, кроме того, все они придерживаются единого формата данных, которые определяются с помощью систем измерения и управления, – эти факты говорят о том, что разработки систем измерения и управления велись повсеместно. Поиск первоисточников систем измерения и управления затрудняется также тем, что все ведущие мировые производители лесной техники используют наработки либо поглощенных ими компаний, либо сторонних конструкторов.

Если системы управления облегчают жизнь в первую очередь операторам техники, то системы измерения помогают ее владельцам или менеджерам, ответственным за рациональное использование ресурсов. В большей степени продвинутые системы измерения и управления со всеми предустановленными модулями (навигационными картами, финансовыми пакетами и проч.) нужны при эксплуатации большого парка лесозаготовительной техники. Использование систем измерения и управления обусловлено необходимостью управлять множеством машин одновременно, что требует серьезного анализа и прогнозирования расходов и доходов, а также корректировки этих показателей. Чем больше парк, тем больше риски. Однако находятся и индивидуальные предприниматели, которые оборудуют свою единственную машину всеми возможными дополнительными опциями. И в таком подходе тоже есть здравый смысл. Пример – опционально установленная система управления манипулятором Intelligent Boom Control от компании John Deere. Такая система позволяет автоматически совмещать движения стрелы, рукояти и телескопа. Применение системы на среднетоннажном (номинальной грузоподъемностью 12-13 т) форвардере позволяет сэкономить на одной погрузке примерно полторы минуты, что обеспечит одну дополнительную ходку форвардера каждый рабочий день (конечно, многое зависит и от расстояния от делянки до верхнего склада). Нетрудно подсчитать, что таким образом при перевозке пиловочника, отпускная рыночная цена одного кубометра которого, например, 2000 руб., предприятие может дополнительно получить 50 тыс. руб. прибыли в день, что позволит окупить систему стоимостью примерно 1,5 млн руб. уже за месяц работы. А годовой эффект от использования системы может составить до 15 млн руб.

Снизить издержки лесозаготовительных работ поможет также, например, диагностика машины. Удаленная диагностика дает возможность выявить неисправности машины или отдельных ее узлов, заранее подготовиться к возможному ремонту и заказать запчасти у дилера. Диагностика также может выявить непродуктивное использование машины оператором, в частности, нерациональное использование мощности машины на некоторых операциях.

Кроме того, диагностика машины с использованием систем измерения и управления существенно облегчает поиск неисправностей техники. Система может выявить неработающий узел и в некоторых случаях даже указать причину случившегося. Учитывая суммы, которые теряют лесозаготовители во время простоев техники, подобные возможности систем измерения и управления могут стать существенным подспорьем для оперативного устранения неисправностей.

Суммарный эффект использования многофункциональных систем измерения и управления лесозаготовительных машин сложно переоценить – это и повышение производительности, и контроль всего парка техники (вместе с операторами), а главное, возможность прогнозировать расходы и прибыль предприятия.

Харвестеры и форвардеры на любой размер

Все современные технологические процессы лесозаготовительных работ основаны на первичной заготовке и транспортировке деревьев, хлыстов или сортиментов. Для этого применяются машины самых различных систем. При выборе типа технического средства обычно берутся во внимание методы заготовки древесины (хлыстовой или сортиментный) и природно-производственные условия (характеристика лесонасаждений, грунтовые условия, рельеф и др.).

В последнее десятилетие парк лесозаготовительной техники во всем мире значительно вырос и отличается большим разнообразием. Постоянно растущие требования к этой технике и значительные различия в технологиях изготовления заставляют производителей непрестанно совершенствовать лесозаготовительное оборудование.

Сегодня можно выделить два направления их развития. Первое – это создание относительно простых (одно- или двухоперационных) машин валочно-пакетирующего типа и трелевочных тракторов (скиддеров). Такое оборудование выпускается в основном для хлыстовой технологии и, прежде всего, для России. Второе направление – это создание более сложных машин для сортиментной заготовки древесины. Валочные, сучкорезные, раскряжевочные операции выполняют харвестеры, транспортировкой сортиментов занимаются форвардеры. Приоритет применения сортиментной технологии и лесозаготовительных машин принадлежит Скандинавским странам и в настоящее время активно внедряется в Западной Европе, США, Канаде и Юго-Восточной Азии.

За 10-летний период зарубежные фирмы и заводы СНГ создали 200 моделей лесозаготовительной техники: 81 скиддер, 65 харвестеров и 54 форвардера. Треть всей этой техники – трактора и машины на гусеничном шасси. Из общего количества заводы стран СНГ создали и модернизировали 47 моделей: 23 скиддера, 11 харвестеров (только валочно-пакетирующие, валочно-трелевочные и сучкорезные машины) и 13 форвардеров. Из них машины на гусеничном шасси составили более половины.

За рубежом наметился стабильный рост выпуска специализированной и универсальной лесозаготовительной техники. Сегодня лучшие показатели по производству этого оборудования у финской фирмы Timberjack, предлагающей 29 моделей тракторов и машин массой от 8,2 до 35 т и мощностью двигателя от 75 до 175 кВт. Из этого количества 10 моделей – валочно-пакетирующие машины на экскаваторной базе.

Известная американская компания Caterpillar располагает сегодня 15 моделями лесозаготовительной техники массой от 12,5 до 19,3 т и мощностью двигателя от 89 до 165 кВт. Из них четыре модели – скиддеры на базе бульдозеров. Фирма Valmet выпускает 10 моделей для сортиментной технологии массой от 10,7 до 18,5 т и мощностью двигателя от 81 до 155 кВт. АО Martimex-Alfa предлагает 11 моделей машин массой от 4,6 до 14 т и мощностью двигателя от 46 до 114 кВт.

Если говорить о современных тенденциях развития техники для лесозаготовительного производства, то наибольший прирост наблюдается среди моделей среднего и тяжелого класса. При этом более распространены тракторы и машины массой 10 – 20 т с мощностью двигателя от 80 до 120 кВт. Наиболее массовыми моделями в этой линейке являются скиддеры на гусеничном шасси массой 15 т или на колесном шасси массой 12–15 т, харвестеры на гусеничном шасси массой 18 – 25 т или на колесном шасси массой 15 т, форвардеры на гусеничном шасси массой 18 т или на колесном шасси массой 10 – 15 т.

Производительность техники в лесозаготовительном производстве определяется в основном энергоемкостью выполнения технологических операций. Также берутся во внимание масса машины и мощность ее оборудования. Лесозаготовительная техника харвестерного типа является наиболее энергоемкой и дорогой по стоимости. Поэтому правильный выбор параметров машины зависит от типоразмера харвестерной головки или захватно-срезающего устройства. А при выборе скиддера важно отдать приоритет бесчокерному типу пачкового захвата. Типоразмеры лесотехнологического оборудования при подборе должны определяться, прежде всего, параметрами дерева (диаметр и средний объем).

Анализ лесонасаждений по объемным группам показывает, что в лесозаготовительных районах России запасы древесины со средним диаметром дерева до 56 см составляют 98,51%. Мелкотоварная древесина (от 0,18 до 0,39 м3) из этого количества составляет около 35%. Такие данные и должны ложиться в основу обоснования всех параметров технологического оборудования и лесозаготовительных машин. Распределение лесозаготовительных машин харвестерного типа по классам типоразмерного ряда определяется их массой и средним диаметром срезаемого дерева. Как показывает опыт зарубежного лесного машиностроения, благодаря использованию модульного построения техники фирмы получают возможность создавать параметрические ряды лесозаготовительного оборудования и машин с различными потребительскими свойствами и функциональными возможностями.

Практический опыт работы на валочно-пакетирующей машине, осуществляющей валку деревьев и формирование пачки для последующей трелевки скиддерами бесчокерного типа, показывает, что за один цикл стоянки машина срезает и укладывает в пакет 8 – 10 деревьев. Объем пакета зависит от крупномерности древостоя и может составлять 2,1 – 7,4 м3. Этот факт позволяет рекомендовать некоторые рациональные соотношения полезной площади захвата и объема древостоя.

Обобщая состояние и тенденции развития номенклатуры зарубежных и отечественных лесозаготовительных тракторов и машин, можно отметить, что зарубежные фирмы сегодня предлагают девять типоразмеров захваточно-срезающих устройств (харвестерных головок) для деревьев от 35 до 95 см, отечественные производители только три (56, 65 и 90 см). Зарубежные тракторы бесчокерного типа оснащаются пачковыми захватами 20 типоразмеров с полезной площадью от 0,52 до 1,41 м, отечественные бывают только четырех типоразмеров от 0,8 до 1,8 м.

Фирмы уделяют значительное внимание и разработке комплексов лесозаготовительной техники многофункционального назначения с оптимальной массой и габаритами. Тракторы и машины оснащаются большой гаммой двигателей с минимально необходимой мощностью для выполнения в лесозаготовительном производстве конкретного вида работ. Для этого в конструкции тракторов и машин применяются самые различные схемы ходовых систем. А использование большого количества типоразмеров позволяет выпускать небольшими сериями разнообразные модели узкого применения.

Отечественные лесозаготовительные машины (валочно-пакетирующие, валочно-трелевочные, сучкорезные), как правило, создаются на базе гусеничных тракторов Алтайского и Онежского тракторных заводов. Но вот в чем проблема: с ростом массы навесного лесотехнологического оборудования возрастает и масса шасси тракторов, необходимая для обеспечения надежной работы, но при этом диапазон мощности двигателя практически не изменяется.

Это подтверждается и оценкой показателя энергонасыщенности лесозаготовительных машин: для трелевочных тракторов – от 6,4 до 6,8 кВт/т, а для лесозаготовительных машин – от 3,9 до 5,4 кВт/т. При этом масса лесозаготовительного оборудования достигает 50% массы шасси машины. Для изменения такого положения делаются попытки создания машины харвестерного типа на базе валочно-пакетирующей машины ЛП-19В путем замены штатного захватно-срезающего устройства (диаметр среза 90 см) на шведскую харвестерную головку SP-551LF (диаметр среза 60 см). По информации ЗАО «Техцентр КрАЗ» (Петрозаводск) в этом случае масса машины ориентировочно снизится на 7 – 8 т и показатель энергонасыщенности возрастет на 30%.

Сегодня в России и других странах СНГ такая техника не производится, поэтому данная машина может заменить дорогостоящую импортную технику.

Развитие лесозаготовительного комплекса России, а следовательно, и лесозаготовительных предприятий не должно тормозиться недостаточным количеством техники, ее ассортиментом и качеством. С другой стороны, только широкий диапазон геометрических и массо-мощностных параметров может активизировать спрос на нее. Это разнообразие даст возможность использовать лесозаготовительную технику с учетом региональных особенностей и по природно-производственным условиям. Об этом всегда следует помнить отечественным конструкторам и разработчикам.

Первые системы измерения

Пример расположения контроллеров харвестера John Deere: 1 – монитор бортового компьютера; 2 – контроллеры консоли; 3 – контроллер кабины (CAB); 4 – блок управления двигателем (ECU); 5 – контроллер трансмиссии (TRC); 6 – контроллер Tier4 (T4C); 7 – контроллер клапана хода (ВМС); 8 – контроллер рамы (FRC); 9 – контроллер манипулятора (BOC); 10 – контроллер харвестерной головки (HHC).

Финская компания Ponsse начала разработку систем измерения «руками» соотечественников – фирмы Epec Oy, которая в 1987 году выпустила систему измерения для харвестеров Harvemeter 4000. У этого «большого калькулятора» с монохромным дисплеем и двумя окошками (в одном отображалась длина срезаемого ствола, а во втором – диаметр) не было памяти. По времени появление Harvemeter 4000 совпало с выпуском первых харвестеров и харвестерных головок Ponsse. Компания Epec специализируется на разработке и производстве систем управления и механизмов, работающих в сложных условиях: горного оборудования, дорожно-строительной техники и т. д. Однако и сегодня Epec, 100% акций которой с 2004 года принадлежат Ponsse, выпускает измерительные системы для харвестеров.

Последняя (на текущий момент) версия систем измерения и управления от Epec – 4W Herman, как и любая современная система измерения и управления для лесной техники, состоит из органов управления, дисплея для отображения информации и внутрисистемных датчиков и процессоров, связывающих посредством CAN-шины поток данных между всеми элементами систем измерения и управления. В ходе заготовки леса система получает данные о диаметре, длине сортиментов и прочем от датчиков, установленных на харвестерной головке, об уровне давления в системе гидравлики и другую информацию – от датчиков, установленных в моторном отсеке и в других жизненно важных узлах и элементах лесной машины, и передает их на дисплей монитора. Системам измерения и управления, приведенная в качестве примера, и подобные ей обеспечиваются штатно необходимым ПО.

READ Что такое струбцина?

Вторая производителей лесной техники, – американская John Deere – использует системы, созданные специалистами канадской компании Timbrerjack, которую John Deere купила в 2000 году. Интересно, что Timbrerjack на начальном этапе развития использовала системы, разработанные упомянутой выше Epec.

Учитывая, что все современные лесозаготовительные машины снабжаются предустановленными системами измерения и управления, покупка подобной системы, как правило, актуальна для тех, кто решил переоборудовать, например, экскаватор в харвестер.

Третий производственный гигант в области лесозаготовительной техники – компания Komatsu, так же, как и Ponsse и John Deere, вначале использовала опыт стороннего производителя лесозаготовительной техники и по совместительству разработчика систем измерения и управления: компании Valmet.

Valmet выпустила первую простейшую компьютеризированную систему обмера древесины (которая могла лишь определять диаметр и длину ствола) в 1973 году. А созданная в 1976 году версия систем измерения и управления не только могла измерять параметры дерева, но и содержала в своей памяти данные о восьми вариантах длины сортиментов. Оператор мог выбрать предустановленные варианты нарезки ствола с определенными размерами – остальное машина делала сама.

В 1978 году появилась система MD1 – прообраз современных систем измерения и управления для техники Komatsu. В 2004 году Komatsu приобрела компанию Valmet и начала производить и лесную технику, и систем измерения и управления для нее самостоятельно.

В том же 2004 году специалисты финской компании Logset приступили к разработке собственной системы измерения и управления под названием TOC (Total Operational Control), к слову, единственной работающей на операционной системе Linux (в основном производители используют систему Windows). До того момента Logset использовала систему измерения и управления, созданные сторонними компаниями.

Семь раз отмерь

В системах измерения и управления разных производителей используются разные способы измерения ствола, обеспечивающие разную точность. В общем случае диаметр ствола дерева рассчитывается исходя из расстояния между захватывающими вальцами харвестерной головки, а длина сортимента – исходя из диаметра протяжного вальца. Однако некоторые компании, стремясь повысить точность измерений, используют системы, позволяющие определять сбежистость ствола, а диаметр ствола системы измерения и управления измеряют через каждые несколько сантиметров. Точность измерения очень сильно зависит от правильной настройки оборудования и его регулярной калибровки. Поэтому все производители систем измерения и управления настоятельно рекомендуют выполнять систематическую проверку и калибровку систем измерения перед каждой сменой и при переходе с одной делянки на другую.

Харвестер: как сегодня рубят лес

С первого взгляда ясно, что харвестер — это очень сильная машина. При более близком знакомстве выясняется, что ее главный конек — не столько мощность моторов, сколько продвинутый искусственный интеллект.

Начнем с глоссария. Ударение в слове харвестер приходится на второй слог, как бы странно это ни звучало для знатоков английского языка (в английском harvester, «жнец», ударный слог первый). Считайте, что это профессиональное, как компАс у моряков. Чтобы разобраться, чем именно занимается харвестер, необходим небольшой ликбез в области лесозаготовки. Дерево состоит из нескольких частей. Нижняя, она же комлевая, часть содержит минимум сучков. Из нее получается дорогой материал фанкряж, из которого делают фанеру.

Средняя, более сучковатая часть, идет на доски и называется пиловочником. Верхушка дерева годится лишь на дрова или бумагу и называется балансом. Каждая часть дерева, предназначенная для определенного промышленного применения, именуется сортиментом. А процесс распила дерева на сортименты — это раскряжевка.

Есть два метода заготовки леса: хлыстовой и сортиментный. При хлыстовом первая машина (валочно-пакетирующая) валит стволы деревьев, формируя пачки, вторая (скиддер) трелюет их к верхнему складу, где третья машина (процессор) раскряжевывает их в соответствии с требованиями заказчика.

Сортиментный метод предполагает применение харвестера, который не только спиливает дерево под корень, но и немедленно раскряжевывает его на наиболее ценные для заказчика сортименты, попутно очищая от сучков. Вторая машина, форвардер, собирает готовые сортименты и отвозит на лесозаготовительный участок большими партиями (до 20 т за раз).

Сортиментный метод помогает сэкономить массу времени. И в этом заслуга не столько сложной конструкции харвестера, сколько его интеллектуального программного обеспечения.

Источник