МОБИЛЬНАЯ СУЧКОРЕЗНО-РУБИТЕЛЬНАЯ МАШИНА

Область применения заявляемой машины - заготовка хлыстов, а также топливной щепы. Топливная щепа предназначена для использования в качестве древесного топлива для получения энергии.
Известна машина для обрезки сучьев, которая состоит из сучкорезного устройства, установленного на платформе. На платформе установлена кабина оператора и манипулятор. Технологический цикл машины включает захват дерева с помощью манипулятора, перенос дерева в сучкорезное устройство, захват дерева в сучкорезном устройстве, протаскивание дерева через сучкорезное устройство с помощью манипулятора, обрезка вершины дерева. Известная машина позволяет получать хлысты и лесосечные отходы, сформированные в виде куч [1].
Основные недостатки этой машины: лесосечные отходы образуются в виде куч, и для получения топливной щепы требуется отдельная рубительная машина, которая должна выполнять функции сбора лесосечных отходов и измельчения их в щепу. Кроме этого известная машина не обладает мобильностью, то есть устанавливается стационарно, и деревья подвозятся непосредственно в зону действия манипулятора этой машины.
Также существует машина, которая включает сучкорезное устройство и рубительное устройство. Принцип действия машины предполагает захват дерева, помещение дерева в приемное устройство, протаскивание дерева с обрезкой сучьев и окоркой и измельчение дерева в щепу. Эта машина позволяет получать технологическую щепу и лесосечные отходы в виде сучьев и коры, которые выводятся из машины с помощью конвейера и формируются в кучи [2].
Основные недостатки машины: полностью все дерево перерабатывается в щепу. После обработки дерева остаются лесосечные отходы в виде сучьев и коры измельчение, которых требует дополнительной машины и дополнительных операций. Машина стационарна, деревья подвозятся и складируются в зоне действия манипулятора машины. Для перебазирования машины требуются значительные затраты времени.
Машина близкая к заявляемой включает рубительное устройство, контейнер для накапливания щепы, манипулятор с харвестерной головкой. Перемещаясь по лесосеке, машина осуществляет захват, валку дерева. Далее с помощью харвестерной головки дерево протаскивается, в процессе протаскивания происходит обрезка сучьев. Часть дерева, которая по размерно-качественным характеристикам подходит для балансовой древесины раскряжевывается на сортименты. Сортименты оставляются у мест валки. Остальная часть дерева подается в рубительное устройство. Щепа направляется в контейнер, который находится на этой же машине. После заполнения контейнера щепа трелюется на верхний склад и выгружается [3].
Основные недостатки. Часть лесосечных отходов в виде сучьев остается на лесосеке и разбросана вокруг мест валки. Для сбора и измельчения этих отходов требуются дополнительные машины. Машина может работать только на промежуточных рубках - в прореживаниях и для заготовки энергетической древесины. Часть стволовой древесины идет на измельчение для получения топливной щепы. Машина не может быть использована при сплошных рубках в крупномерных древостоях и предназначена в основном для работы с тонкомерными деревьями.
Технический результат предлагаемой машины заключается в снижении себестоимости комплексной заготовки одновременно хлыстов и топливной щепы на лесосеке путем снижения затрат времени на производство топливной щепы, в сокращении потерь вторичных древесных ресурсов в виде лесосечных отходов при производстве топливной щепы, в вовлечении значительного объема лесосечных отходов и малоценной древесины в переработку при хлыстовой технологии заготовки древесины.
Технический результат достигается тем, что обрезку сучьев осуществляют с помощью навесного сучкорезно-протаскивающего устройства, установленного на манипуляторе, и обрезку сучьев совмещают по времени с операциями подачи лесосечных отходов к рубительному устройству и с измельчением сучьев в топливную щепу этим рубительным устройством, установленным на этой же машине, при этом ликвидируются операции по сбору и доставке лесосечных отходов к рубительной машине и оператор непосредственно не участвует в процессе измельчения сучьев в щепу.
В настоящее время все большее значение придается развитию биоэнергетики за счет вовлечения лесосечных отходов для целей получения энергии. Для этих целей используются различные машины. Существуют машины, с помощью которых происходит обрезка сучьев. Сучья при этом остаются у мест обрезки. Существуют машины, с помощью которых осуществляют сбор и доставку лесосечных отходов на верхний склад или к местам измельчения на лесосеке. Существуют машины, с помощью которых лесосечные отходы собираются и измельчаются в топливную щепу.
Затраты на сбор сучьев по исследованиям, проведенным в 2010-2011 годах в Петрозаводском государственном университете, составляют в среднем за цикл: «наведение-доставка в кузов» от 13 до 15 сек. При выгрузке порции отходов среднее время составляет около 16 сек. В зависимости от объема кузова, размерных характеристик лесосечных отходов, размера захвата в среднем выгружается 18 порций отходов. Среднее время для доставки порции отходов, взятых из куч на верхнем складе, и удержания порции в приемном устройстве рубительной машины составляет 13-15 сек. Данные затраты времени, связанные с перемещением лесосечных отходов увеличивают стоимость получения топливной щепы.
Предлагаемая машина представлена на фиг.1, где 1 - кабина оператора, 2 - манипулятор, 3 - навесное сучкорезно-протаскивающее устройство. На фиг.2 представлен вид сверху этой машины, где 4 - колеса, 5 - подающий конвейер, 6 - рубительное устройство, 7 - винтовой конвейер для выгрузки щепы с воздуходувкой, 8 - щепопровод.
В процессе работы мобильная сучкорезно-рубительная машина осуществляет захват комлевой части дерева с помощью навесного сучкорезно-протаскивающего устройства 3, устройство имеет возможность поворачиваться на 360° вокруг вертикальной оси. Дерево перемещается в зону обрезки сучьев с помощью манипулятора 2. Зона обрезки сучьев расположена над подающим конвейером 5. Как только комлевая часть дерева оказывается в зоне обрезки сучьев начинается протаскивание дерева с помощью протаскивающих вальцов через сучкорезные ножи, расположенных на устройстве 3. Обрезанные сучья падают на подающий конвейер и перемещаются к рубительному устройству 6. Щепа выгружается винтовым конвейером 7 в приемное окно щепопровода 8 и с помощью воздуходувки выбрасывается по щепопроводу в контейнер. Полученный в ходе обрезки сучьев хлыст штабелируется. Навесное устройство 3 включает пильный механизм, с помощью которого осуществляется обрезка вершин. Подача и измельчение лесосечных отходов в виде сучьев и вершин осуществляется без непосредственного участия оператора, который располагается в кабине 1. Подача и измельчение лесосечных отходов осуществляется в период, когда оператор осуществляет манипуляции с одним деревом и осуществляет доставку следующего дерева в зону обрезки сучьев. Машина после обработки одного штабеля перемещается к следующему штабелю деревьев, кроме этого машина способна обрабатывать единичные деревья. Таким образом, использование данной машины увеличивает производительность по циклу операций обрезка сучьев заготовка топливной щепы по сравнению с известными машинами и системами машин.
Предлагаемая машина лишена недостатков известных машин, поскольку в процессе обрезки сучьев параллельно основной операции осуществляется подача лесосечных отходов в рубительное устройство и измельчение отходов в щепу. Подача и измельчение происходят без непосредственного участия оператора. Ликвидируются операции по сбору и перемещению лесосечных отходов к рубительной машине. В этой связи нет необходимости использовать отдельные машины для сбора и перемещения отходов. Согласно [4] при сборе лесосечных отходов на волоках свыше 15% затрат при производстве топливной щепы, связаны со сбором и трелевкой отходов. В [5] представлены данные о том, что до 31% от всех затрат занимают затраты, связанные со сбором и трелевкой лесосечных отходов.
Согласно, проведенных в Петрозаводском государственном университете исследований в 2010-2011 годах, при работе рубительной машины на верхнем складе и перемещении отходов из куч среднее время на наведение, захват, доставку, удержание одной порции сучьев составляет 15 сек. В этой связи предлагаемая машина позволяет увеличить производительность рубки в щепу на 10-15%. При этом сокращаются затраты, связанные с использованием дополнительных машин, необходимых, в случае применения известных устройств. Сокращается численность основного персонала, занятого на производстве щепы.
Список литературы:
1. Knuckleboom Loaders 437D [Электронный ресурс] / John Deere. Режим доступа: http://www.deere.com/wps/dcom/en_US/products/equipment/knuckleboom_loaders/437d/437d.page?, свободный (дата обращения: 20.11.2012).
2. Morbark Flails [Электронный ресурс] / Morbark, Inc. Режим доступа: http://www.morbark.com/Equipment/Flails.html, свободный (дата обращения: 20.11.2012).
3. Björheden R. Possible effects of the hurricane Gudrun on the regional Swedish forest energy supply / R.Björheden // Biomass and Bioenergy. - Volume 31, Issue 9, 2007. - p.617-622.
4. Junginger M. Technological learning and cost reductions in wood fuel supply chains in Sweden / M.Junginger, A.Faaij, R.BjoËrheden, W.C.Turkenburg // Biomass and Bioenergy. - 2005. - №29. - p.399-418.
5. Różański H. Economic effectiveness of logging residue bundling and chipping / H.Różański, K.Jabłoński // Acta Sci. Pol., Silv. Colendar. Rat. - 2009. -№8(2). - p.47-51.