Структурный анализ техники для перевозки древесины

Выбор лесозаготовительной техники для транспортировки древесины с лесосеки – одна из главных проблем лесозаготовителей. Основными факторами здесь выступают технология лесозаготовок (хлыстовая или сортиментная) и природно-производственные условия эксплуатации лесозаготовительной техники. В зависимости от вида заготавливаемой древесины применяют технику с обоснованием ее технических параметров и эксплуатационных показателей.

Различие технологий по виду получаемой продукции – дерево, хлыст, сортимент требует применения техники для доставки древесины с лесосеки: при хлыстовом методе – лесозаготовительные тракторы – скиддеры для трелевки деревьев или хлыстов в полупогруженном положении для их дальнейшей обработки на верхнем или нижнем складе и при сортиментном методе – транспортировка сортиментов в полностью погруженном положении лесотранспортными машинами – форвардерами после обработки дерева (очистка от сучьев и разделка ствола на сортименты) на лесосеке для последующей доставки потребителю.

Сортиментный метод, т. е. перевозка древесины в полностью погруженном положении уже преобладает в европейской части современной России. К тому же перевозка хлыстов по дорогам общего пользования запрещена. В Сибири эту технологию пока применяют ограниченно из-за отсутствия производства и недостаточных закупок техники для ее выполнения. Между тем достоинства такого способа очевидны: это уменьшение сопротивления перемещению древесины по лесосеке, возможность более эффективно использовать всю биомассу деревьев, поскольку они не загрязняются в процессе трелевки. Форвардер обладает хорошей маневренностью, относительной независимостью выполнения транспортной и погрузочно-разгрузочных операций от другой лесозаготовительной техники, при этом исключается ручной труд. Объем транспортируемой древесины в виде сортиментов ограничивается грузоподъемностью форвардера и условиями проходимости его по лесосеке. По статистическим данным, спрос на харвестеры и форвардеры для сортиментной технологии заготовки в России остается стабильным и даже имеет тенденцию к росту за счет закупки зарубежной техники, доля которой достигала 69,4...84,9% от общего объема поставок лесозаготовительной техники за последние 5 лет. По статистике, компаниям John Deere, Komatsu и Ponsse принадлежит около 80% рынка новых сортиментных лесозаготовительных машин. Причем доли их приблизительно равны.

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. Распределение массы трехосного форвардера порожнем таково, что на переднюю ось приходится порядка 60% массы машины и 40% на задние колеса. Однако схема компоновки колесного форвардера определяется не только технологией лесозаготовок, но и целесообразностью применения схемы многоосного движителя с точки зрения обеспечения оптимальных параметров грузоподъемности и проходимости, устойчивости движения при незначительной сложности и дешевизны конструкции (схемы 8К8 и 4К4). Рациональное распределение массы, приходящейся на четыре колеса одной полурамы у трех- 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 лесотехнологического оборудования (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 перевозки сортиментов, предлагавшихся зарубежными фирмами и предприятиями стран СНГ за 5-летний период, показывает, что на международном рынке появилось 98 моделей форвардеров, в том числе 2 на шасси 4К4, 35 на шасси 6К6 и 61 на шасси 8К8.

Систематизация номенклатуры форвардеров и оценка их основных параметров позволяют выявить количественные и качественные характеристики распределения массомощностных параметров по классам типизированного ряда форвардеров, а также определить оптимальные параметры удельных показателей по материалоемкости, энергонасыщенности и грузоподъемности.

Распределение колесных форвардеров по типизированным классам (по массе) выглядит следующим образом:
• форвардеры легкого класса (масса 5...10 т) представлены на рынке двумя моделями только на шасси 4К4;
• форвардеры среднего класса (масса 10...15 т) представлены 42 моделями, в том числе на шасси 4К4 – 2, на шасси 6К6 – 18 и на шасси 8К8  – 22 моделями;
• форвардеры тяжелого класса (масса свыше 15 т) представлены 54 моделями, в том числе на шасси 4К4 – нет, на шасси 6К6 – 16 и на шасси 8К8 – 38 моделей.

  Основными производителями и поставщиками форвардеров являются зарубежные фирмы (88 моделей), предприятия стран СНГ предлагали 10 моделей, из которых 3 модели российские (см. таблицу).

Оценивая данные таблицы, отметим, что самую широкую гамму колесных форвардеров производит John Deere. В типоразмерном ряду компании 12 моделей, в том числе на шасси 4К4 – нет, 6К6 – 6 и 8К8 – 6 моделей грузоподъемностью (г/п) 9...19 т. Другие ведущие компании предлагают 28 моделей, из них Caterpillar – 8 моделей (1+3+4), Valmet/ Komatsu – 7 (0+3+4), Ponsse – 10 (0+5+5) и Tigercat – 4 модели (0+0+4). Эти фирмы определяют современный технический уровень и политику в данной области машиностроения.

Хорошие показатели по производству у John Deere, широко применяющей в конструкциях машин системы горизонтального выравнивания платформы с кабиной, что позволяет устойчиво работать на склонах и расширяет функциональные возможности форвардеров при эксплуатации на пересеченной местности. Модельный ряд форвардеров формируется из серий D и Е, что отвечает требованиям потребителя в возможности выбора техники по ее стоимости. В конструкции форвардеров серии Е внедрены оригинальные технические решения, наиболее значимое из которых – использование саморегулирующей комфортабельной кабины с системой управления функциями вращения и наклона. Механизм выравнивания кабины быстро и плавно реагирует на изменения рельефа местности, что позволяет увеличить скорость хода и производительность форвардера.

Компания Ponsse оснащает форвардеры удобными, просторными кабинами, в которых обеспечивается отличный обзор, а также активной подвеской, уменьшающей раскачивание кабины при движении. Ponsse предлагает широкий выбор дополнительного навесного оборудования: отвал бульдозера, лебедку, захват скиддера, весы LoadOptimizer для учета топливной древесины, разбрасыватель удобрений, систему 10w для слабонесущих грунтов, регулируемые грузовые тележки и др.

На российском рынке отмечена активность мелких европейских производителей колесной техники для сортиментной технологии заготовки леса. Шведские фирмы Rottne, Eco Log и Gremo предлагают модельный ряд форвардеров из 17 моделей в среднем и тяжелом классах, в том числе на шасси 4К4 – нет, 6К6 – 9 и 8К8 – 8 моделей, а финские фирмы Logset, Logman и Harvy Forester – 8 моделей тоже в среднем и тяжелом классах, в том числе на шасси 4К4 – нет, 6К6 – 1 и 8К8 – 7 моделей. Фирма ZTS (Словакия) предлагает 2 модели форвардеров в легком и среднем классах, в том числе по одной модели на шасси 4К4 и 6К6. Фирма Metsis (Эстония) представляет на рынке модельный ряд из 4 моделей форвардеров только в тяжелом классе на шасси 8К8.

Крупные производители, в том числе John Deere, Komatsu, Ponsse, производят технику модульной сборки, позволяющей выбирать индивидуальные характеристики для каждой машины, а также много внимания уделяют оснащению машин электронными приборами и бортовыми компьютерами, контролирующими работу узлов и агрегатов форвардера и проводящих комплексную оценку заготовки и транспортировки древесины. Это направлено на повышение надежности, удобства эксплуатации и обслуживания техники, однако одновременно возрастает и стоимость машин, к тому же приходится привлекать для эксплуатации сложной техники высокопрофессиональных специалистов.

Ресурсы крупных компаний позволяют создавать в регионах эксплуатации техники учебные центры на базе дилеров. А компания Ponsse, например, развивает сотрудничество с профессиональными учебными заведениями. Повышение квалификации работников, привлечение в отрасль молодежи – объективно положительный процесс со всех точек зрения.

Мелкие фирмы решают задачи по совершенствованию прежде всего механической части машины и только в последнюю очередь по заказу потребителя – по оснащению электроникой. Такие машины просты в эксплуатации, что важно для большинства российских потребителей. При изготовлении форвардера под заказ учитывают его оснащение лесотехнологическим оборудованием с учетом конкретных условий. Разработка машины ведется самостоятельно с использованием узлов, агрегатов и комплектующих ведущих зарубежных фирм.

С 2004 г. на территории России начали работать одни из самых мощных в мире колесных форвардеров Timber Pro, позволяющие выполнять задачи в тяжелых природно-производственных условиях нашей страны. В модельном ряду этой компании три модели тяжелого класса на шасси 8К8. Одна из уникальных особенностей данных форвардеров заключается в нетрудоемкой процедуре трансформации их в харвестер, но, конечно, если стоит такая задача. При этом не ухудшаются технические параметры машин, остается и грузоподъемность (г/п) – 20 т, а также возможность установки харвестерной головки, позволяющей работать с деревьями диаметром до 86 см, при этом на максимальном вылете стрелы 9,6 м г/п составляет 2,8 т. За последние три года в Россию завезено около 30 машин этой марки без учета других типов машин Timber Pro.

Из стран СНГ (Россия и Белоруссия) в этом сегменте рынка наибольший вклад вносят предприятия Белоруссии (ОАО «Амкодор» и РУП «Минский тракторный завод»), предлагая модельный ряд колесных форвардеров из 6 моделей во всех классах типоразмерного ряда, в том числе на шасси 4К4 – 1, 6К6 – 2 и 8К8 – 3 модели. Технический уровень машин достаточно высок за счет использования узлов и агрегатов известных зарубежных фирм.

Российские предприятия (ОАО «Краслесмаш», ООО «Велмаш» и ЗАО «Транспорт») имеют недостаточный опыт разработки и производства машин такого типа. За рассматриваемый период предложено 3 модели колесных форвардеров во всех классах типоразмерного ряда, в том числе по одной модели на шасси 4К4, 6К6 и 8К8. Отмечено прекращение производства форвардера легкого класса на шасси 4К4. Предприятия ОАО «Краслесмаш» и ЗАО «Транспорт» предлагают две модели форвардеров в среднем и тяжелом классах на шасси 6К6 и 8К8.

Завод «ВЕЛМАШ-Сервис» (г. Великие Луки) в рамках сотрудничества с ОАО «Амкодор» (Белоруссия) разработал машину для погрузки и транспортировки леса «Амкодор-Велмаш 2661-01» с колесной формулой 6К6. Форвардер оборудован гидравлической трансмиссией с электроуправлением, имеет два диапазона с четырьмя передачами вперед и двумя назад. Применение гидромеханической коробки передач позволяет поддерживать скорость движения по лесному массиву до 30 км/ч. Форвардер выпускается серийно с 2010 г.

Удельные показатели колесных форвардеров по классам типизированного ряда характеризуются следующими значениями:
• по уровню удельной материалоемкости – в диапазоне 0,092...0,138 т/кВт;
• по уровню энергонасыщенности – в диапазоне 6,896…10,84 кВт/т;
• по уровню удельной грузоподъемности – в диапазоне 0,656…0,95 т/т массы форвардера.

Минимальное значение удельной материалоемкости и повышенное значение энергонасыщенности для машин ведущих зарубежных фирм отмечается для форвардеров Tigercat. Максимальное значение материалоемкости отмечено для форвардеров John Deere, а минимальное значение энергонасыщенности – для форвардеров Caterpillar.

Представленные удельные показатели получены с учетом массомощностных параметров форвардеров и рекомендаций по их загрузке до технически допустимого значения по грузоподъемности, обозначенного изготовителем.

Среднее значение показателя грузоподъемности составляет: для форвардера легкого класса – 6,25 т, среднего класса  – 10 т и тяжелого класса – 15,7 т. Для таких значений грузоподъемности средние расчетные значения эксплуатационной массы форвардера и мощности двигателя с учетом значений удельных показателей должны составлять:
• для форвардера легкого класса масса 7,8 т (диапазон от 6,6 до 9,5 т) и мощность двигателя 69,2 кВт (диапазон 58,5…84,2 кВт);
• для форвардера среднего класса масса 12,5 т (диапазон 10,5…15,2 т) и мощность двигателя 110,8 кВт (диапазон 93…135 кВт);
• для форвардера тяжелого класса масса 19,5 т (диапазон 16,5…23,9 т) и мощность двигателя 173 кВт (диапазон 146,3…212 кВт).

Структурное построение по техническим параметрам типоразмерных рядов колесных форвардеров характеризуется следующими показателями:
• по уровню эксплуатационной массы форвардера знаменатель прогрессии равен 1,6 (от среднего класса к легкому) и 1,56 (от тяжелого класса к среднему);
• по уровню мощности двигателя знаменатель прогрессии равен 1,6 (от среднего класса к легкому) и 1,56 (от тяжелого класса к среднему);
• по уровню грузоподъемности знаменатель прогрессии равен 1,6 (от среднего класса к легкому) и 1,57 (от тяжелого класса к среднему).

Таким образом, можно отметить пропорциональность этого процесса как близкого к прямой зависимости.

Наибольший прирост моделей форвардеров остается за машинами среднего и тяжелого класса, доля которых составляет более 55% от общего числа моделей, представленных на рынке. Это объясняется тем, что ведущие зарубежные фирмы ориентируются на продажу такой техники в странах с большой лесосырьевой базой и тяжелыми природно-производственными условиями эксплуатации (США, Канада, Южная Америка и Россия) – каменистый грунт, заболоченные участки, пересеченная местность с большими уклонами и суровыми климатическими условиями.

Доля отечественных форвардеров очень ограничена как в количественном выражении (2% от общего числа моделей), так и по массомощностным параметрам из-за пробелов в модельном ряду. Из-за сложившегося кризисного положения в отечественном лесном машиностроении неудовлетворительно ведутся разработки и производство лесозаготовительной техники.

Форвардеры Tanguay

Пожалуй, самыми мощными лесными машинами в мире на сегодняшний день являются скиддеры/ форвардеры канадской фирмы Tanguay мод. TG88E и TG88D. Машины оснащены пачковым захватом площадью 4,2 м², установленным на стреле с вылетом 4,88 м. При застревании на бездорожье машина способна помочь себе выбраться, отталкиваясь от грунта стрелой.

Tanguay TG88E Clambunk Forwarder – форвардер г/п 31 750 кг с зажимным коником. Также может быть оборудован пачковым захватом. Машина оснащена двигателем Cummins мощностью 400 л.с. Тяговое усилие составляет 66 т.

Tanguay TG88D г/п 22 680 кг оснащен двигателем Cummins мощностью 350 л.с., может использоваться в качестве мощного и высокопроизводительного четырехосного полноприводного форвардера, оснащен гидроманипулятором с подвижной колонной с гидроприводом и с телескопической стрелой с вылетом 7,9 м, универсальной погрузочной тележкой площадью 6,22 м² для транспортировки как сортиментов, так и хлыстов. Конструкция тележки позволяет размещать лес длиной до 10 м.

К сожалению, в России эти машины пока не представлены.