14127 (Проектирование лесных машин ЛП17А)

Проектирование лесных машин ЛП17А

Введение

Системы машин для лесосечных работ

Рациональный выбор системы машин для эффективного проведения лесосечных работ зависит, прежде всего, от принятого технологического процесса, а также от финансовых возможностей предприятия.

Под системой машин понимается совокупность машин и оборудования различного функционального назначения, взаимоувязанных по техническим и технологическим параметрам и предназначенных для последовательного выполнения технологического процесса лесосечных работ. Одной из наиболее эффективных форм организации работы систем машин являются комплексы (комплекты).

Комплекс (комплект) формируется для эффективного функционирования системы машин в конкретных природно-производственных условиях и характеризуется количеством машин каждого типа, последовательностью их расстановки, а также наличием и типом технологических связей между ними.

Классификация систем машин

В конце прошлого столетия головной институт лесной промышленности ЦНИИМЭ выделил в системе лесозаготовительных машин и оборудования четыре системы машин для лесосечных работ.

Первая включала валочно-пакетирующую машину ЛП-19, бесчокерный гусеничный трелевочный трактор ЛП-18Б (колесный трактор с пачковым захватом ЛТ-157 или МЛ-30), самоходную сучкорезную машину ЛП-33А. В дальнейшем в эту систему были включены бесчокерные тракторы — гусеничные ЛП-18Г и ЛТ-187.

Вторая система машин включала валочно-трелевочную машину ЛП-49 и самоходную сучкорезную машину ЛП-33, а для тонкомерных древостоев Северо-Запада страны, в том числе для лесосек со слабыми грунтами, разработана третья система машин в составе валочно-трелевочной машины ЛП-17А и сучкорезной машины ЛП-30Б.

Менее распространена четвертая система машин, которая использовалась в крупномерных древостоях Иркутской области (Красноярского края) в составе валочно-трелевочной машины ВМ-4А и самоходной сучкорезной машины ЛП-33А.

Для вывозки с лесосек деревьев, хлыстов, сортиментов, порубочных остатков, пневой древесины и технологической щепы в СССР был разработан специальный подвижной состав, как автомобильный, так и для УЖД. Это лесовозные автопоезда: легкого типа — на базе дизельного трехосного полноприводного автомобиля Урал-43204 (Урал-43204 + ГКБ-9851); среднего — на базе дизельного двухосного автомобиля МАЗ-5434 + ГКБ-9362; тяжелого — на базе дизельного трехосного автомобиля КрАЗ-6437 (КрАЗ-6437 + ГКБ-9362), двухкомплектный автопоезд ТМ-30 (КрАЗ-643701 и три прицепа-роспуска ГКБ-9362); автопоезд-сортиментовоз на базе автомобиля МАЗ-64228 (МАЗ-64228 + МАЗ-99864); автопоезда-щеповозы ЛТ-170 (КрАЗ-25851 + полуприцеп) и ЛТ-191 (МАЗ-54331 + полуприцеп) и другие специализированные автомобильные транспортные средства. В стадии разработки находились автопоезда ТМ-31 для вывозки деревьев в составе МАЗ-5434 и специального полуприцепа, обеспечивающего защиту кроны деревьев от загрязнения при движении по лесовозным дорогам; сверхтяжелый автопоезд на базе КрАЗ-8х8 и четырехосного прицепа-роспуска, а также трехосный лесовозный роспуск грузоподъемностью 20 т. Считалось, что применение новых автопоездов обеспечит рост производительности лесовозного автомобильного транспорта на 40-60%.

Известно, что в настоящее время в мире доминирует хлыстовая технология заготовки древесины, на долю которой приходится около 80% от общего объема заготовок, а в России более 90%. Данная группа технологических процессов включает в себя выполнение следующих технологических операций: валка — формирование пакета — трелевка — очистка деревьев от сучьев — погрузка древесины на лесовозный транспорт. Операция очистки деревьев от сучьев может выполняться как на лесосеке, так и на верхнем складе, до или после операции трелевки соответственно. На первичном транспорте древесины используются как гусеничные, так и колесные лесопромышленные трактора.

Виды лесозаготовительных машин

Основным способом повышения экономической эффективности проведения лесосечных работ является внедрение специализированных лесозаготовительных машин, способных выполнять валку деревьев и ряд смежных технологических операций.

Все лесозаготовительные машины можно классифицировать по следующему ряду признаков:

вид движителя:

гусеничные,

колесные,

шагающие;

число выполняемых технологических операций:

одно- и

многооперационные;

вид выполняемых технологических операций:

валочные (ВМ),

валочно-трелевочные (ВТМ),

валочно-пакетирующие (ВПМ),

валочно-сучкорезно-раскряжевочные (ВСРМ), также называемые харвестерами,

валочно-сучкорезные,

валочно-сучкорезно-трелевочные (ВСТМ),

сучкорезно-раскряжевочные (МОСР), также называемые процессорами;

по применению в сортиментной или хлыстовой технологии заготовки:

машины для хлыстовой технологии (ВМ, ВТМ, ВПМ, МОС и пр., в результате работы которых происходит заготовка деревьев или хлыстов)

машины для сортиментной технологии (ВСРМ, МОСР и пр., в результате работы которых производится заготовка сортиментов);

по ширине обрабатываемой полосы леса:

узкозахватные (без гидроманипулятора),

широкозахватные (с гидроманипулятором);

по направлению действия технологического оборудования:

фланговые,

фронтальные,

полноповоротные.

Что показывает опыт

Опыт эксплуатации валочных машин показал, что, с точки зрения эксплуатационной эффективности, необходимо стремиться к возможно более полной загрузке двигателя путем совмещения машиной нескольких технологических операций.

До снятия машин ВМ-4 с серийного производства на ее базе была создана первая в СССР валочно-трелевочная машина ВМ-4А, в настоящее время ВМ-4Б. У самой концепции валочно-трелевочных машин имеется серьезное преимущество, связанное с отсутствием необходимости в специальной трелевочной технике при разработке лесосек, в условиях, когда арендованный годичный лесосечный фонд состоит из небольших разрозненных лесосек. Привлечение большого количества техники на их разработку нецелесообразно в связи с большими затратами на частые перебазировки. Использование подобного типа машин позволяет существенно уменьшить затраты на заготовку леса в подобного рода лесосеках.

В связи с такого рода преимуществами отечественная машиностроительная промышленность освоила выпуск широкозахватных валочно-трелевочных машин ЛП-17 и ЛП-49, созданных соответственно на базе тракторов ТДТ-55А и ТТ-4. Как и исходные тракторы, эти машины предназначены для работы в насаждениях со средним объемом хлыста соответственно до 0,4 м3 и более 0,4 м3.

Сравнительно недавно на рынке появилась ВТМ ЛП-58, выпускаемая ООО «Машиностроительный завод «Коммунар». Вместе с тем, практика применения машин подобной компоновки показала, что если освободить ВТМ от операции по трелевке древесины и превратить ее, таким образом, в валочно-пакетирующую машину, можно не только вдвое поднять ее производительность, но и удлинить срок службы режуще-валочных аппаратов, которые, в таком случае, не будут в течение полусмены перевозиться на транспортных скоростях, а будут полностью загружены по прямому назначению. Это подтвердило мнение о целесообразности, в большинстве случаев, отделения трелевки древесины в самостоятельную операцию.

В настоящее время в РФ выпускается большой ассортимент валочно-пакетирующих машин, в том числе известная ЛП-19 и ее модификации, ЛП 60-01А и ТЛГ 3-12.

Сортиментная технология заготовки древесины имеет пока незначительный вес в мире. Производство сортиментов может осуществляться как у пня, так и на верхнем складе, с использованием на рабочих операциях (валке, обрезке сучьев и раскряжевке) как бензиномоторных пил, так и специальных машин — харвестеров и процессоров. Следует отметить, что в настоящее время на долю указанных машин приходится достаточно малый процент от общего объема заготовки, как в мире в целом, так и в России. Это связано с очень высокой стоимостью таких машин и запасных частей к ним, сложностью подбора квалифицированного персонала и малой пригодностью машин для природно-производственных условий большого числа регионов РФ. Поэтому отечественное лесное машиностроение никогда не было законодателем моды на такие машины, разрабатываемые, в основном в скандинавских странах.

На сегодняшний день отечественные производители выпускают следующие харвестеры: ЛП-19 с харвестерной головкой SP-650, МЛ-152, МЛ-72, и др., а наиболее известным отечественным процессором является ЛО-120, выпускаемая на базе сучкорезной машины ЛП-30Г. На наш взгляд, широкому распространению в РФ таких машин, при всех достоинствах сортиментной технологии, препятствуют их высокая стоимость и отсутствие квалифицированного персонала. Для крупных лесозаготовительных предприятий, имеющих свои стационарные разделочные площадки, в большинстве случаев более выгодна хлыстовая заготовка, позволяющая переносить раскряжевку на более производительное стационарное оборудование, осуществлять индивидуальный метод раскроя, повышая процент выхода деловой древесины, и более комплексно утилизовать заготовляемую фитомассу

ЛП-17А. Общая информация

Валочно-трелевочная машина ЛП-17А предназначена для работы на сплошных лесосечных рубках без сохранения подроста в районах с умеренным климатом.

Функциональное назначение машины — работа в режимах: валка — трелевка, валка — пакетирование.

Машина работает в лесонасаждениях со средним объемом хлыста 0,14…0,39 м3. Наиболее рациональное расстояние трелевки — до 300 м. Может быть использована для работы в равнинной и слабохолмистой местности с уклонами: летом до 20° а зимой и в сырую погоду до 14°.

Несущая способность грунтов разрабатываемых лесосек должна быть не ниже 90 кПа. Высота снежного покрова не должна превышать 1,1 м

Конструкция машины

Шасси базового трактора оснащено специальным технологическим оборудованием — гидроманипулятором, зажимным коником и передней навесной системой с толкателем. В гидроманипулятор входят следующие узлы: опорная ферма с поворотной колонной и механизмом поворота, стрела, рукоять и гидроцилиндры.

Для выполнения специальных операций при валке и укладке в коник спиленных деревьев машина оснащается следующим дополнительным технологическим оборудованием: захватно-срезающим устройством с подвеской, которые монтируются на манипулятор вместо челюстного захвата базового трактора, пантографной системой, необходимой для выравнивания вертикальной оси подвески при изменении вылета манипулятора. В пантографную систему входят два коромысла и две пары тяг.

Над кабиной оператора смонтировано специальное защитное ограждение.

Модернизированная машина ЛП-17А отличается повышенной мощностью, более совершенной конструкцией манипулятора и кабины, а также повышенной надежностью как самого трактора, так и технологического оборудования.

Предназначена для работы на сплошных лесосечных рубках без сохранения подроста в лесонасаждениях со средним объемом хлыста более 0,4 м3. Диаметр дерева в плоскости пропила не более 65 см).

Валочно-трелевочная машина ЛП-17А - на базе трактора ТБ-1М на раме которого установлена поворотная колонна с манипулятором. На колонне расположены стрела и рукоять. На рукоять посредством подвески крепится ЗСУ. На раме трактора установлены коник и щит. Спереди трактора навешен толкатель.

Манипулятор приводится в движение при помощи поворотной колонны и гидроцилиндров стрелы и рукояти. Поворот колонны осуществляется одной зубчатой рейкой (у машины ЛП-17А двумя).

Подвеска ЗСУ осуществляет движение в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Поворотом подвески в горизонтальной плоскости задают направление валки, а поворотом в вертикальной плоскости ориентируют ЗСУ, а следовательно, и его режущий механизм перпендикулярно дереву. Поворот подвески осуществляется рейкой, которая входит в зацепление с валом-шестерней и служит аналогично механизму поворота колонны штоками гидроцилиндра. Захватно-срезающее устройство, как и у машины ЛП-17А, предназначено для захвата, спиливания, направленной валки и удержания деревьев при укладке их в коник или на грунт в зависимости от режима валки. Все исполнительные органы для выполнения перечисленных элементов операций смонтированы в общем корпусе (раме) сварной конструкции. Зажимные рычаги приводятся в действие гидроцилиндрами.

Для защиты механизма срезания и особенно его пильной шины в нижней части рамы ЗСУ имеется ограждение.

Для направленной валки спиленных деревьев на раме приварена стойка, имеющая упор, который совместно с зажимными рычагами создает валочный момент.

Техническая характеристика ЛП-17

Срезающие устройства лесозаготовительных машин предназначены для срезания стволов деревьев, а также раскряжевки хлыстов на сортименты. Наибольшее применение нашли две группы срезающих устройств: с образованием стружки при резании (цепные и дисковые пилы, фрезы); без стружкообразо-вания (ножевые срезающие устройства с плоскими и клиновыми ножами). Основные параметры срезающих устройств: рабочая длина механизма срезания, скорость резания, скорость надвигания, мощность привода, размеры, масса и др.

На рис. 2.16 приведены различные принципиальные схемы срезающих устройств.