Зарубежные гусеничные гиганты для лесозаготовок
Обзор машины харвестерного типа

К общим требованиям, предъявляемым к лесозаготовительным машинам харвестерного типа, следует отнести: соответствие параметров и конструкции машины по назначению и условиям применения; обеспечение минимальной энергоемкости технологических операций; обеспечение минимальных нагрузок, передаваемых на машину и технологическое оборудование; минимальные масса и габаритные размеры; простота, прочность и надежность конструкции; унификация и универсальность машин.

В процессе эксплуатации высока вероятность повреждения режущего органа лесозаготовительных машин – захватно-срезающего устройства или харвестерной головки, и чем в более сложных условиях работает машина, тем вероятность повреждения выше, а от этого зависит производительность машин и энергоемкость процесса срезки и обработки древесины. Кроме того, на машины действуют природно-производственные условия лесозаготовок: сплошная или выборочная рубка, климат, профиль лесоэксплуатационных участков, высота снежного покрова, каменистый грунт или наличие заболоченных участков.

Режущие органы манипуляторных машин харвестерного типа можно разделить на две группы. К первой относятся машины, перемещающие одно или несколько деревьев в вертикальном положении (ВПМ), ко второй – машины, конструкция которых предусматривает валку деревьев с последующей обрезкой сучьев и разделкой их на сортименты (ВСРМ).

Традиционно зарубежные гусеничные машины харвестерного типа создают на базе гусеничных экскаваторов, производство которых за рубежом развито достаточно хорошо. Круг машиностроительных компаний, способных создавать лесозаготовительные машины такого типа, достаточно узкий и представлен рядом фирм от всемирно известных до мало знакомых российскому потребителю.

Ведущие позиции на рынке гусеничных машин харвестерного типа удерживают три ведущие компании, определяющие технический уровень и политику в этой области машиностроения: Caterpillar, Valmet и John Deere. Основным импортером таких машин в Россию является компания John Deere – ее доля составляет порядка 85% от общего объема. Впрочем, в последнее время активность по поставкам такой номенклатуры машин проявляет и компания Tigercat (Канада).

Зарубежные компании, импортирующие лесозаготовительную технику в Россию, предлагают широкую номенклатуру специальных и универсальных машин. Модельный ряд гусеничных машин харвестерного типа включает 70 моделей массой от 11 до 43,6 т с двигателями мощностью от 74 до 223 кВт. Из этого числа 31 модель предназначена для хлыстового и 39 моделей  для сортиментного метода заготовки древесины.

Распределение гусеничных машин харвестерного типа по типоразмерным классам (по массе) следующее:

• валочно-пакетирущие машины на рынке представлены только в тяжелом классе (масса выше 15 т) и оснащаются захватно-срезающими устройствами для срезки деревьев диаметром до 84 см;
• валочно-сучкорезно-раскряжевочные машины на рынке представлены в среднем классе (масса 10–15 т) двумя моделями (австрийская фирма МНТ) с харвестерными головками для срезки и обработки деревьев диаметром до 55 см и в тяжелом классе (масса выше 15 т) 37 моделями с харвестерными головками для срезки и обработки деревьев диаметром до 85 см.

Номенклатура и основные технические параметры зарубежных гусеничных машин харвестерного типа представлены в табл. 1.

Оценивая представленные данные, можно отметить, что самую широкую гамму гусеничных машин харвестерного типа производит компания Catеrpillar. В ее типоразмерном ряду 16 моделей машин, в том числе валочно-пакетирующих 7 моделей и валочно-сучкорезно-раскряжевочных 9 моделей. Другие ведущие компании предлагают 46 моделей, из них John Deere – 16 (7+9), Valmet – 13 (6+7), Tigercat – 11 (6+5) и Prentice – 12 (5+7) моделей. Достаточно высокий уровень унификации машин отмечается у компаний Valmet, Tigercat и Prentice. Австрийская фирма МНТ предлагает только валочно-сучкорезно-раскряжевочные машины, предназначенные в основном для европейского рынка.

Средние значения удельных показателей гусеничных машин харвестерного типа характеризуются следующими показателями:

• удельная материалоемкость – в диапазоне от 0,141 до 0,172 т/кВт;
• уровень энергонасыщенности – в диапазоне от 4,79 до 7,8 кВт/т;
• уровень отношения массы машины к диаметру среза дерева – в диапазоне от 0,297 до 0,493 т/см;
• уровень отношения мощности двигателя к диаметру среза дерева – в диапазоне от 1,56 до 3,487 кВт/см.

Минимальное значение удельной материалоемкости и повышенное значение удельной энергонасыщенности отмечается для машин компании Tigercat. Максимальное значение материалоемкости – для машин John Deere, минимальное значение показателя энергонасыщенности – для машин МНТ.

В среднем отношение массы машины к диаметру среза дерева режущим органом (ЗСУ или харвестерная головка) по минимальному значению показателя отмечается у машин фирмы МНТ (0,297 т/см), максимальное – у машин John Deere (0,484 т/см). По уровню отношения мощности двигателя к диаметру среза дерева режущим органом минимальное значение показателя отмечается у машин Komatsu (1,56 кВт/ см), максимальное – у машин фирмы Tigercat (3,487 кВт/см).

Рассматривая технический уровень гусеничных машин харвестерного типа зарубежных производителей, надо отметить полноту выпускаемых ими типоразмерных рядов машин в тяжелом классе. Анализ структур типоразмерных рядов позволил установить некоторые зависимости между ростом массы машины и мощности двигателя.

Оценка уровня пропорциональности между ростом массы машины и мощности двигателя проводилась для трех категорий: 1-я категория (масса до 20 т), 2-я (масса 20…35 т), 3-я категория (масса выше 35 т) и представлена в табл. 2.

Анализируя структуру типоразмерных рядов гусеничных машин харвестерного типа внутри каждой категории, можно отметить следующее.

Линейка машин 1-й категории (масса до 20 т) включает 7 моделей (Valmet – 1 модель, Caterpillar, Prentice и МНТ – по 2 модели) со средним коэффициентом роста массы машин от 1,0 до 1,14 и мощности двигателя от 1,0 до 1,185. При этом рост мощности двигателя относительно массы машины в 1,04 раза отмечается только для машин фирмы МНТ.

Модельный ряд машин 2-й категории (масса 20…35 т) включает 53 модели, из них от 8 до 13 моделей предлагают фирмы Valmet/ Komatsu, Caterpillar и Tigercat. Рост среднего значения коэффициента массы машины относительно мощности двигателя отмечается у моделей Caterpillar, Tigercat и Prentice в 1,04…1,134 раза. Для машин John Deere и Valmet/ Komatsu отмечается рост среднего значения коэффициента мощности двигателя относительно массы машины в 1,125 и 1,16 раза соответственно. Для машин МНТ характерен пропорциональный рост массы машины и мощности двигателя.

Машины 3-й категории (масса выше 35 т) включают 10 моделей (Tigercat – 3 модели, Prentice – 1 и John Deere, Caterpillar, Valmet/ Komatsu – по 2 модели) и характеризуются пропорциональностью роста коэффициента массы для машин John Deere, Valmet/ Komatsu и Tigercat относительно мощности двигателя в 1,033; 1,01 и 1,035 раза соответственно, а для машин Caterpillar и Prentice это не отмечается.

Зарубежные гусеничные машины харвестерного типа созданы по классической традиционной компоновке, присущей базовым гусеничным экскаваторам общего промышленного назначения: это гусеничное шасси жесткого типа, в центре него расположена вращающаяся на 360° платформа, на которой монтируют двигатель, кабину и технологическое оборудование в составе грузовой стрелы с режущим органом (ЗСУ или харвестерной головкой).

Машины для лесозаготовок на гусеничной экскаваторной базе отличаются от стандартных строительных экскаваторов компонентами ходовой системы, выполненной длиннее и шире, чтобы обеспечить устойчивость машины при работе с высокими нагрузками на максимальном вылете стрелы. Кроме этого их кабина отвечает требованиям безопасности FOPS/ ROPS/ OPS и обеспечения освещенности рабочих зон при работе на лесосеке. Как правило, валочно-пакетирующие машины и харвестеры обеспечены в соответствии с назначением машины гидравлическим оборудованием, системой контроля и управления. В последнее время находит широкое применение система горизонтального выравнивания верхней вращающейся платформы, что позволяет работать на уклоне до 27°, расширяет функциональные возможности машины и улучшает условия труда оператора при работе на пересеченной местности.

На всех машинах используются дизельные двигатели с турбонаддувом и коэффициентом по запасу крутящего момента в пределах 1,2…1,45, а также находит применение система электронного оборудования ACERT (Caterpillar) для обеспечения экономии топлива и снижения норм токсичности Tier 3. Основной тип трансмиссии – гидростатическая с двумя скоростными диапазонами.

Шасси состоит из цельной рамы, гусеничных тележек, расчитанных на работу в тяжелом режиме, и опорно-поворотного устройства. Траковые гусеницы выполняют с одинарным, двойным или тройным грунтозацепом. Предусмотрены защитные устройства, предохраняющие опорные катки и ведущие колеса от повреждений на лесосеке.

Чтобы защитить оператора и узлы машины при падении деревьев или порубочных остатков в процессе валки, усилены конструкции верхнего строения кабины и корпуса машины. Управление функциями стрелы, механизма хода и поворота машины гидравлическое, управление функциями режущего органа (ЗСУ или харвестерной головки), тормоза поворотного устройства и регулировки скорости – электрогидравлическое.

В обозримом будущем номенклатура гусеничных машин харвестерного типа на лесозаготовках будет увеличиваться. На рынок выйдут новые производители, которые предложат свои технические решения по конструктивному исполнению машин такого типа, в том числе компонентов ходовой системы для эффективной работы на лесозаготовках. Сфера применения такого вида техники будет формировать и спрос с учетом природно-производственных условий лесозаготовительных районов и удельных затрат при эксплуатации.