Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Развитие базового лесопромышленного трактора в России

14.09.2014

...Итак, прошло более 50-ти лет с начала постановки на серийное производство первого отечественного гусеничного лесопромышленного трактора, оснащенного вначале технологическим оборудованием «щит-лебедка», а впоследствии явившегося базовым для целой гаммы различных лесосечных машин.
К 1992-93 гг. в лесозаготовительных предприятиях эксплуатировалось свыше 40 тысяч таких машин, выпускаемых Онежским и Алтайским тракторными заводами.
Проследим основные этапы развития лесопромышленного трактора с позиции энергонасыщенности на примере продукции ОТЗ. Как видно из рис. 12.1, на всех этапах развития отчетливо прослеживается тенденция роста мощности двигателя лесопромышленного трактора (кривая 1). Причем, в последние годы это происходило более интенсивно. В то же время достаточно четко обозначилось несоответствие роста мощности увеличению сменной производительности (кривая 2).
Так, за период с 1948 г. по настоящее время мощность двигателя возросла примерно в 3-3,5 раза, в то время как сменная производительность увеличилась лишь в 1,5 раза. Даже замена традиционного технологического оборудования «щит-лебедка» на манипулятор с захватом или захватно-срезающим устройством не дала резкого увеличения производительности.
Попробуем выявить и проанализировать некоторые основные и косвенные причины сложившегося несоответствия.
1. Перспективное развитие базовой машины определяли не лесозаготовители, а тракторостроители, которые находились под влиянием тенденции развития тракторов сельскохозяйственных и общего назначения.
В чем здесь мы видим недостатки?
Развитие базового лесопромышленного трактора в России

Во-первых, в связи с тем, что удельный вес выпускаемых лесопромышленных тракторов был всегда ничтожно мал по сравнению с выпуском сельскохозяйственных тракторов министерство тракторного и сельскохозяйственного машиностроения России основное внимание уделяло развитию последних. Кроме того, и основную ответственность министерство несло за тракторы для полей.
Во-вторых, рост мощности сельскохозяйственного трактора или общего назначения приводит соответственно к увеличению скорости движения, например, пахотного агрегата, или увеличению рабочей ширины захвата и толщины снимаемого слоя почвы (бульдозер). То есть в большинстве случаев росту мощности соответствовал значительный прирост производительности.
Увеличение мощности двигателя лесопромышленного трактора также связывалось с увеличением сменной производительности за счет повышения рейсовой нагрузки, скоростей движения, а также с необходимостью отбора мощности на привод перспективного технологического оборудования - манипулятора с захватом или ЗСУ.
1. На практике получилось несколько иначе: лесопромышленный трактор вследствие тяжелых условий эксплуатации не может осуществлять движения с грузом со скоростью более 3-3,6 км/ч и 3,5-4,5 км/ч без груза при холостом ходе.
В связи с этим, мы наблюдаем следующее: несмотря на то, что мощность лесопромышленного трактора за эти годы выросла втрое, технические скорости машины также возросли, используемые скорости движения практически остались прежними.
2. Применение новых, более мощных, тракторов при существующих технологиях лесоразработок не позволило полностью использовать их тяговые возможности.
Наблюдения за работой трелевочных тракторов показали, что объем трелюемых пачек деревьев ограничивается не возможностью перемещения их трактором и грузоподъемностью погрузочного щита или коника, а технологическими факторами, такими как удобство проведения работ при сборе (чокеровке) пачки деревьев на лесосеке, при обрубке сучьев, сбросе и расчокеровке пачки на погрузочной площадке.
Средний объем трелюемой пачки деревьев тракторами ТДТ-55А и ТБ-1, по данным, составляет 4-5 м3, тракторами ТТ-4, ЛП-18А - 4,7-7,5 м3.
3. Рассмотрение необходимости дальнейшего роста мощности лесопромышленного трактора под углом более широкого внедрения лесосечных машин с манипуляторами и постепенным сокращением выпуска трелевочных тракторов с чокерным оборудованием, что кстати и было предусмотрено стандартом в части увеличения отбираемой мощности на гидропривод манипуляторного технологического оборудования с 20 до 97 %, также не решало проблемы полностью, так как комплекс проведенных исследований в ЛТА по изучению операторской деятельности показал, что возможности даже серийного гидрооборудования операторами используются не полностью. Примерно такие же результаты были получены в ЦНИИМЭ. Так, по данным Л. П. Максимова, доля мощности первичного двигателя, отбираемая гидроприводом технологического оборудования машины ЛП-19 не превышает 30-31 %.
Недоиспользование операторами технических скоростей базовой машины и элементов технологического оборудования связано с воздействием рельефа местности, почвенных и гидрометеорологических условий, геометрических и массовых параметров деревьев, ветровой нагрузки на предмет труда, освещенности и т. д.
II. С увеличением мощности двигателя базовых машин значительно возросли возможные скорости движения лесосечных машин и элементов технологического оборудования. Это потребовало от оператора умения предвидеть возможные ситуации, быстрой реакции и устойчивых навыков управления. He случайно, поэтому, что тщательный отбор операторов лесосечных машин стал одним из главных условий при их подготовке. Невнимательный подбор операторов по возрасту и образованию, слабая подготовка в лесотехнических школах привели к тому, что около 50 % обученных операторов работать на лесосечных машинах (ВТМ и ВПМ) не смогли.
Одновременно сокращение цикла обработки дерева усложнило динамику машин и увеличило воздействие вибрации на оператора. Механические колебания тела человека или отдельных его частей оказывают сложное биологическое воздействие и могут вызвать ряд изменений в организме, влияющих на здоровье. Так, по данным, в США на 85 % тракторов водители из-за вибрации недоиспользуют 35 % мощности двигателя, чтобы не ухудшать условия работы. Исследованиями, проводимыми в ЛTA, получены данные, указывающие на то, что операторы лесосечных машин также не полностью используют возможный скоростной диапазон базовых машин и элементов манипулятора и одной из причин этого является значительный уровень вибрации на сидении.
III. Если рассматривать необходимость значительного увеличения мощности двигателя лесопромышленного трактора в связи с использованием его в качестве базы для специальных многооперационных лесных машин, в том числе и для валочно-трелевочных, валочно-пакетирующих машин, масса гидрофицированного навесного оборудования которых составляет 30-50 % от массы базы то здесь также, на наш взгляд имеется много противоречивого.
Во-первых, основное целевое назначение лесопромышленного трактора - сбор и транспортировка пачки деревьев на погрузочную площадку. Поэтому все его агрегаты и узлы рассчитаны на нагрузки, воспринимаемые в процессе выполнения этих технологических операций.
При использовании же его в качестве базы для валочно-трелевочных, валочно-пакетирующих машин, машин для обрезки сучьев и т. д. существенно меняется вид выполняемых технологических операций и, как следствие, характер и уровень воспринимаемых нагрузок базой и ходовой системой машины. В то же время подход к проектированию лесопромышленного трактора остался прежним. В связи с этим в эксплуатации многооперационных лесосечных машин часто наблюдаются отказы по базе и ходовой системе. (По данным, наработка на отказ шасси трактора при установке манипулятора в 1,9 раза меньше).
С другой стороны, если рассчитывать агрегаты и узлы лесопромышленного трактора с учетом нагрузок, воспринимаемых вал очно-трелевочными и валочно-пакетирующими машинами, то лесопромышленный трактор будет переутяжелен, что вряд ли целесообразно, учитывая ограниченные возможности промышленности по выпуску новой лесозаготовительной техники.
Доля этих машин в общем количестве лесных машин всегда составляла всего лишь 7-8 %,
Во-вторых, эргономические исследования труда операторов лесосечных машин, проводимые в ЛТА, показали, что диапазоны скоростей перемещения элементов серийных манипуляторов близки к предельным по психофизиологическим возможностям человека. Кроме того, дальнейшее увеличение достигнутых диапазонов скоростей элементов технологического оборудования без усовершенствования гидрооборудования неизбежно приводит к аварийным динамическим нагрузкам и даже перелому ствола дерева.
Посмотрим теперь, как же определяли перспективы развития лесопромышленного трактора на протяжении пяти десятилетий ученые, исследователи головного НИИ отрасли и представители Минлесбумпрома. В 1972 г. в работе директор ЦНИИМЭ К. И. Вороницын опираясь на результаты многолетних исследований и большой накопленный опыт эксплуатации тракторов в лесной промышленности, обосновывает необходимость применения на трелевке более мощных гусеничных тракторов. Ученые ЦНИИМЭ институт приходит к выводу, что для работы в лесу необходимо иметь следующие тракторы:
- трелевочный трактор класса тяги 30 кН с двигателем мощностью 75-90 л. с. (55,1-66,2 кВт) и конструктивной массой 8-8,5 т, то есть 6,9-7,8 кВт/т;
- трелевочный трактор класса тяги 40 кН с двигателем мощностью 110-130 л. с. (81-95,6 кВт) и конструктивной массой 12 т (6,75-8,0 кВт/т).
Выпускаемые ныне серийно тракторы ТДТ-55 и ТТ-4 в основном соответствуют перечисленным выше. Однако в последующем удельную мощность их нужно повысить до 12-15 л. с./т (8,8-11,0 кВт/т), увеличив мощность двигателя и снизив массу машин. Трактор ТДТ-55, мощность которого в будущем возрастет с 62 до 75-90 л. с. (с 45,6 до 55,1-66,2 кВт), целесообразно применять, в основном, в маломерных насаждениях, а трактор ТТ-4 мощностью 110 л. с. (81 кВт) - в средних и крупномерных.
Однако уже в 1974 году М. А. Перфилов (ЦНИИМЭ) пишет, что необходимо в самое ближайшее время энергонасыщенность трелевочных тракторов увеличить по трактору класса 30 кН (ТДТ-55) до 8,8 кВт/т и по трактору класса 40 кН (ТТ-4) до 10,2 кВт/т.
Получается не совсем корректно, только что в 1972 г. Головной НИИ разрабатывает на основании многолетних исследований и обобщения опыта типаж, где обоснована мощность лесопромышленных тракторов, а уже в 1974 г. этой мощности не хватает.
Год 1977-й ... Авторы пишут, что серийно выпускаемые трелевочные тракторы ТДТ-55 и ТТ-4 не вполне отвечают требованиям монтажа на них соответствующих технологических навесок, особенно это относится к трактору ТДТ-55. И далее отмечают, что вместе с тем, потребность лесной промышленности в гусеничных тракторах может удовлетворяться за счет тракторов Алтайского завода. Эти тракторы в большей степени отвечают требованиям лесной промышленности, нежели трактор ТДТ-55 Онежского завода.
Развитие базового лесопромышленного трактора в России

Одновременно высказывается мысль, что на данном этапе развития лесной промышленности применение гусеничных тракторов уже не обеспечивает требований отрасли.
Авторы указывают на целесообразность применения колесных тракторов на трелевке леса, что позволит повысить производительность в 1,5-2,5 раза.
В заключение ученые предлагают типаж гусеничных лесопромышленных тракторов, энергонасыщенность которых превышает энергонасыщенность трактора ТТ-4.
Год 1981-й. В. Ф. Кушляев в работе на основании обобщения направлений развития отечественной и зарубежной лесозаготовительной техники обосновывает целесообразность повышения энергонасыщенности базового трактора для валочно-трелевочной машины до 8-12 кВт/т, что на 30 % выше, чем у В. А. Барановского и Р. М. Некрасова (1977 г.).
Л. И. Егоров в статье «Каким быть лесопромышленному трактору» отмечает: «... Недостатком существующих трелевочных тракторов, используемых в качестве базы лесозаготовительных машин, являются низкая энергонасыщенность, малая грузоподъемность, ограниченная проходимость, недостаточная надежность и несоответствие требованиям эргономики.
Автор здесь же предлагает два принципиальных, по его мнению, направления совершенствования лесопромышленных тракторов: модернизация существующих и разработка новых моделей.
В качестве первого направления приводит, как положительный пример, модернизацию трактора ТТ-4, который после увеличения мощности на 18 % и грузоподъемности на 17 %, а также улучшения условий труда за счет установки одноместной кабины под маркой ТТ-4М стал отвечать всем требованиям эргономики и безопасности труда. При этом производительность его на трелевке повысилась на 13 %.
Автор отмечает, что вследствие того, что масса ТТ-4М увеличилась на 1,5 т, проходимость его осталась на прежнем уровне, а в некоторых условиях даже ухудшилась. Автор предполагает, что новая модель трактора условного класса 100 кН, которая в будущем придет на смену ТТ-4М, должна иметь параметры: мощность 132,5-162 кВт, эксплуатационную массу без технологического оборудования не более 11 т, удельное давление на грунт не более 0,03 МПа.
Год 1985-й В. А. Барановский в статье «Забытая трелевка» (Лесная промышленность. 5 декабря. 1985 г.) пишет: «Технический уровень трелевочных тракторов ни в коей мере не обеспечивает роста производительности труда в лесу на протяжении уже целого ряда лет. Происходит это потому, на мой взгляд, что ТДТ-55А и ТТ-4 по своим важнейшим параметрам находятся на крайне низком уровне, а по отдельным из них уступают даже своим предшественникам (по удельному давлению на грунт ТДТ-55А и ТТ-4М имеют худшие показатели, чем КТ-12)».
Далее автор указывает: теоретически и практически учеными Уральского лесотехнического института и ЛTA доказано, что оптимальная энергонасыщенность лесных тракторов должна быть в пределах 13-15 л. с. на тонну собственного веса, т. е. 9,5-11,0 кВт/т. Насколько нам известно, таких исследований в тот период не было проведено ни в УJITИ ни в ЛТА, а «оптимальная энергонасыщенность» явилась предметом умозаключений двухтрех человек по результатам ограниченных испытаний по транспортировке древесины в полностью погруженном положении.
Наиболее интересные и объективные, на наш взгляд, выводы по обоснованию потребной энергонасыщенности лесопромышленного трелевочного трактора сделаны в совместной работе Челябинского филиала НАТИ и НПО НАТИ.
В результате проведенных собственных широкомасштабных экспериментальных исследований, а также обобщения опыта других организаций и, в частности, ЛТА, авторами установлено, что с повышением энергонасыщенности трелевочных тракторов более чем на 8 кВт/т, производительность трактора возрастает незначительно (до 5 %), одновременно снижаются топливная экономичность и показатели надежности. Авторы приводят такой пример, когда увеличение энергонасыщенности машин ЛП-18 в 1,4 раза позволяет повысить производительность не более чем на 5,5 %, поскольку в большинстве случаев скорость движения ограничивается условиями движения.
Повышение энергонасыщенности трелевочных тракторов целесообразно только при улучшении волока.
Прежде чем делать некоторые выводы, рассмотрим основные тенденции развития гусеничных лесопромышленных тракторов в основных лесопромышленных странах.
Несмотря на широкое применение в ведущих лесопромышленных странах на лесозаготовках колесных тракторов, наряду с ними продолжают использоваться и гусеничные. Такие их качества как проходимость по слабым грунтам, большее сцепление, устойчивость и т. д. остаются непревзойденными. Ведущее место среди фирм, выпускающих специальные гусеничные тракторы, занимают фирмы Бомбардье, Формост Индустрис Лимитед-Канада и ФМЦ Корпорейшн, Катерпиллер - США и др.
Развитие базового лесопромышленного трактора в России

В табл. 12.2 приведены технические характеристики наиболее распространенных гусеничных трелевочных тракторов, оснащенных чокерным оборудованием или пачковым захватом, используемых на лесозаготовках в США и Канаде. Как видно из таблицы, энергонасыщенность гусеничных трелевочных тракторов, используемых в США и Канаде, не превышает энергонасыщенности отечественных лесопромышленных тракторов, имеющих технологическое оборудование щит-лебедка. Энергонасыщенность отечественных тракторов, оборудованных пачковым захватом, несколько ниже вследствие большой массы применяемых арок для подвешивания захватов.
В последние годы у ряда зарубежных фирм прослеживаются попытки создания трелевочных гусеничных машин, сочетающих достоинства своего типа и соперничающих в скорости с колесными (фирмы ФМЦ, Бомбардье, Формост). Повышенные скорости движения обеспечиваются увеличением мощности двигателя, совершенствованием или созданием новых конструкций ходовых систем.
Как следует из табл. 12.3, в США лесозаготовительные машины, снабженные бесчокерным оборудованием (форвардеры и скиддеры), применяются, в основном, на колесной базе.
Развитие базового лесопромышленного трактора в России

Бесчокерная машина K-F2 Loader, разработанная на гусеничной базе имеет энергонасыщенность значительно ниже отечественных серийно выпускаемых машин TB-1 и ЛП-18А.
В табл. 12.4 приведены основные параметры валочно-пакетирующих машин на гусеничной базе, применяемые за рубежом. Из приведенных характеристик видно, что энергонасыщенность валочно-пакетирующих машин значительно ниже энергонасыщенности трелевочных тракторов с чокерным оборудованием.
Развитие базового лесопромышленного трактора в России

Для сравнительной оценки энергонасыщенности валочно-пакетирующих машин отечественного производства с зарубежными приведем данные ВПМ ЛП-2, выпускаемой на базе трактора ТДТ-55, ЛП-19 и ЛП-19В и опытных образцов ВПМ МВП-35 и ЛП-54 (НПО «Силава») для несплошных рубок и рубок ухода, а также валочно-погрузочной машины ЛП-60 «Абакан» (табл. 12.5).
Развитие базового лесопромышленного трактора в России

Как видим, энергонасыщенность отечественных ВПМ и их основные параметры примерно такие же, как и у зарубежных машин. В табл. 12.6 приведены анализируемые параметры многооперационных машин, используемых в США.
Развитие базового лесопромышленного трактора в России

Итак, сделаем некоторые выводы сначала по основным направлениям развития гусеничных машин за рубежом.
1. Основные параметры (масса, мощность, энергонасыщенность, скорость движения, удельное давление на грунт) зарубежных лесозаготовительных гусеничных машин, включая трелевочный трактор с чокерным или пачковым оборудованием, бесчокерный трактор (форвардеры и скиддеры), ВПМ и многооперационные машины близки к подобным параметрам соответствующих машин отечественного производства.
2. В связи с разнообразием выпускаемой лесозаготовительной техники прослеживается тенденция создания базовых тракторов нескольких классов (легкий, средний и тяжелый).
3. Достигнутая энергонасыщенность гусеничных лесозаготовительных машин с позиций отбора мощности на навесное тexнологическое оборудование и транспортировки древесины (грузоподъемность, тяговое усилие) удовлетворяет происходящим в настоящее время технологическим процессам.
Наметившаяся тенденция увеличения энергонасыщенности гусеничного лесного трактора целенаправленно связана с желанием создать трактор, конкурентоспособный по скорости с колесным.
На тенденциях и перспективах развития лесных колесных машин мы здесь не останавливаемся, так как их совершенствование в значительной, если не в полной мере, зависит от уровня развития колесных сельскохозяйственных и общего назначения тракторов, Ho, в связи с тем, что в данной главе мы все же коснулись развития техники за рубежом, коротко остановимся на обобщении основных направлений в области совершенствования гусеничных лесных машин, проводимых в развитых лесопромышленных странах.