УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАГОТОВКИ ДРЕВЕСИНЫ
DEVICE FOR WOOD PROCUREMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для заготовки древесины в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения. В частности, изобретение относится к соединению режущего устройства с рабочим органом, монтируемым на стреле лесозаготовительной машины.
Уровень техники
Одной из самых важных задач современного лесного хозяйства является экономически рентабельная механизированная заготовка мелкого леса на участках прореживания. Тенденция последнего времени, касающаяся мелкого леса, заключается в том, что вместо ранее применявшейся продукции лесобумажной промышленности сейчас для целей, например, получения тепловой и электрической энергии считается экономически выгодным использовать мелкий лес. Древесину, применяемую в таких целях, называют «топливной древесиной». Чтобы получить как можно больший выход энергии, разумно заготавливать, например, при помощи грейфера для топливной древесины деревья целиком, включая сучья, которые в итоге необходимо рубить на щепу или измельчать, в отличие от известного способа, применяемого при заготовке товарной древесины - очистки от сучьев при помощи сучкорезной головки. Когда ствол дерева подвергается очистке от сучьев в лесу, то значительная доля энергии, которая высвободилась бы при сжигании всего дерева, остается в земле, внося вклад в увеличение количества питательных веществ в почве. Однако во многих случаях почва уже в достаточной степени богата питательными веществами, и для нее такие отходы (отходы вырубки леса) не имеют практического значения.
Также отмечалось, что для того, чтобы сделать заготовку топливной древесины из мелкого леса достаточно эффективной, можно к грейферу для топливной древесины применить принцип «группового захвата», который означает, что грейфер, предназначенный для заготовки топливной древесины, должен позволять собирать вместе несколько отдельных стволов цельных деревьев, которые затем в виде единой пачки могли бы быть погружены либо непосредственно в грузовое пространство лесозаготовительной машины, либо оставлены на обочине лесовозной дороги для отдельной перевозки на небольшое расстояние. В типичном случае можно собирать вместе, например, десять отдельных стволов деревьев, удерживаемых элементами захвата грейфера для топливной древесины, что значительно увеличило бы эффективность работы, так как движения стрелы, перемещающей грейфер, становятся более короткими. Таким образом, нет необходимости после захвата каждого ствола переводить стрелу в грузовое пространство или к тому месту, где производится укладка стволов для их последующей перевозки на короткое расстояние.
Известны несколько разных технических решений головки лесозаготовительной машины, которые в основном предназначены для валки, очистки от сучьев и резки ствола дерева на куски необходимой длины. Часто такая головка также производит обмер лесоматериала для получения информации, по меньшей мере, о длине и толщине. Одна такая головка лесозаготовительной машины, перемещаемая посредством стрел, раскрыта в публикации WO 97/17834. Однако многие технические решения представляют собой сложные и дорогостоящие конструкции, что является еще одной причиной того, почему они не подходят для заготовки менее ценной топливной древесины. К тому же обычно головки лесозаготовительных машин обладают прочностью, которая не нужна для заготовки мелкого леса, и они редко бывают пригодны, в частности, для погрузки стволов и цельных деревьев.
Также известны различные рабочие органы машин для лесного хозяйства, которые предназначены конкретно для заготовки топливной древесины, позволяют механизировать процесс и сделать заготовку менее ценной топливной древесины более эффективной. Среди этого многообразия грейферов для топливной древесины известны различные режущие устройства, в которых, однако, присутствуют определенные недостатки. В публикации Финляндии 111511 описано режущее устройство и его соединение с механизмом для погрузки лесоматериалов. Согласно описанию, режущее устройство снабжено цепной пилой, которая обеспечивает вращение стального диска или направляющего диска необходимой формы, который по конструкции, по существу, неподвижен относительно корпуса устройства. Такое решение имеет преимущество, заключающееся в том, что становится возможным набирать больше деревьев в устройство, при этом комлевые торцы деревьев прижимаются к диску, что позволяет избежать повторной резки деревьев, которая была бы необходима при выскальзывании деревьев вниз, например, когда происходит временное ослабление усилия средств захвата. С другой стороны, проблема указанного устройства состоит в том, что его нельзя использовать для погрузки деревьев с земли или из штабеля, поскольку режущее устройство существенно выступает за габарит, определяемый средствами захвата.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в создании устройства для заготовки древесины в качестве нового решения вышеупомянутых проблем, связанных с недостатками известных из уровня техники устройств, а именно, устройства, которое обеспечивает возможность более эффективно производить заготовку, в частности, топливной древесины.
Устройство для заготовки древесины по настоящему изобретению состоит, по меньшей мере, из рабочего органа и режущего устройства, при этом режущее устройство содержит корпус, снабженный режущими средствами для резки древесных стволов и средствами для установки режущего устройства на рабочем органе, монтируемом на стрелах лесозаготовительной машины, причем режущие средства содержат режущий орган, по существу, жестко установленный в корпусе режущего устройства и снабженный, по существу, плоской верхней поверхностью, а также скобу, установленную с возможностью перемещения, по существу, в плоскости движения режущего органа или плоскости, по существу, параллельной указанной плоскости движения, а рабочий орган содержит корпус и набор элементов захвата для захватывания одного или более древесных стволов, при этом каждый подлежащий резке древесный ствол под воздействием скобы направляется на верхнюю поверхность режущего органа для поддерживания указанной поверхностью. Данное устройство отличается тем, что движения режущего органа режущего устройства и скобы взаимосвязаны и противоположно направлены, а режущее устройство установлено с возможностью поворота относительно рабочего органа при помощи соединительных средств таким образом, что рабочий орган и режущее устройство с режущим органом и скобой могут смещаться, по существу, в плоскости движения режущих средств, минимизируя оказываемые на рабочий орган усилия, при этом движение режущего устройства выходит за пределы габарита, определяемого элементами захвата рабочего органа.
Предпочтительно соединительные средства между рабочим органом и режущим устройством содержат фрикционный элемент для оказания частичного сопротивления движению режущего устройства относительно рабочего органа. Фрикционный элемент может быть расположен между противоположными наружными поверхностями, предусмотренными на рабочем органе и режущем устройстве.
Предпочтительно в настоящем изобретении рабочий орган содержит, по меньшей мере, две шарнирные оси, направленные параллельно продольной оси корпуса рабочего органа, для приема, по меньшей мере, двух элементов захвата, причем соединительные средства для установки режущего устройства на рабочем органе образуют установочную ось, совпадающую с одной из шарнирных осей.
Соединительные средства для установки режущего устройства на рабочем органе предпочтительно содержат, по меньшей мере, одно направляющее устройство, которое взаимно соединяет корпуса рабочего органа и режущего устройства. Направляющее устройство, образующее соединительные средства, может содержать направляющую типа ласточкиного хвоста.
Предпочтительно режущее устройство установлено с возможностью направления посредством силового привода, который обеспечивает позиционирование режущего устройства относительно рабочего органа.
Режущие средства предпочтительно содержат полотно, по существу, жестко установленное в корпусе режущего устройства, а также скобу, установленную с возможностью перемещения в плоскости указанного полотна для направления древесного ствола навстречу предусмотренной на полотне режущей кромке.
Режущий орган устройства для заготовки древесины по настоящему изобретению может содержать цепную пилу.
Основная идея, лежащая в основе изобретения, состоит в том, чтобы процесс прореживания мелкого леса сделать менее сложным за счет механизма, который позволяет простым и надежным способом загружать в один и тот же рабочий орган одновременно несколько стволов деревьев.
В силу этого, предлагается механизм, позволяющий надежным способом присоединять к головке лесозаготовительной машины почти любые режущие устройства, облегчающие процесс валки леса, а также присоединять указанные устройства, например, к погрузочному грейферу, т.е. когтевому захвату, или к устройству для заготовки древесины, позволяющему производить групповую заготовку древесины.
Использованные в описании термины «вверх», «вниз», «над» и «под» и им подобные иллюстрируют признаки изобретения в направлениях, которые упоминаются по отношению к устройству для заготовки древесины в соответствии с настоящим изобретением и прилагаемыми чертежами.
Изобретение дает значительные преимущества. Если режущее устройство установить с возможностью поворота на корпусе рабочего органа лесозаготовительной машины (в настоящем изобретении в качестве примера такого рабочего органа используется погрузочный грейфер), то становится возможным резать пачки деревьев различного размера без подрезки стволов, которые уже были отрезаны. Это вытекает из совершенно нового решения соединения режущего устройства и рабочего органа. Как следствие этого, при срезании дерева режущее устройство, содержащее пилу, всякий раз выступает из-за корпуса рабочего органа только на расстояние, равное диаметру дерева, подлежащего резке. Это достигается тем, что предусмотренная в режущем устройстве скоба прижимает срезаемое дерево к корпусу рабочего органа таким образом, что она тянет к себе полотно режущего органа (и остальную часть режущего устройства). В результате такой процедуры скоба прижимает дерево к режущей кромке полотна и прорезает ствол насквозь так, что само отрезанное дерево остается стоять на полотне и не имеет возможности двигаться в рабочем органе вниз, что помешало бы операции резки следующего дерева.
Если на рабочий орган, находящийся в раскрытом состоянии, смотреть спереди (т.е. чтобы были видны «лапы», образованные раскрытыми элементами захвата), то режущее устройство будет располагаться позади рабочего органа, а не сбоку от него, как в некоторых известных устройствах, в силу чего конструкцию рабочего органа можно выполнить узкой, что является выгодным. Это имеет значительное преимущество, в частности, при работах в густых насаждениях, поскольку можно избежать повреждения рабочим органом других деревьев, которые должны быть оставлены в древостое.
Кроме того, тот факт, что конструкция позволяет направлять рабочее движение режущего устройства на ствол отрезаемого дерева со стороны, обращенной к стреле лесозаготовительной машины, дает преимущество, поскольку стреле лесозаготовительной машины, которая манипулирует устройством во время резки, обычно легче наклонять ствол дерева в направлении раскрытия элементов захвата. В этом случае полотну режущего устройства легче проникать в ствол отрезаемого дерева, ибо щель реза раскрывается шире. В противном случае сужение щели реза, которая образуется в дереве, может сделать процесс резания более медленным и затруднительным и, по меньшей мере, потребовать от режущего устройства увеличения усилия резания.
Поскольку в соответствии с настоящим изобретением режущее устройство должно быть подвижным относительно корпуса рабочего органа, устанавливаемого на стреле лесозаготовительной машины, особое преимущество изобретения заключается в том, что режущее устройство в процессе погрузки отводится в сторону от габарита, определяемого элементами захвата рабочего органа. Это позволяет эффективно использовать рабочий орган для погрузки деревьев.
Такому использованию для целей погрузки также значительно способствует фрикционное соединение, предусмотренное между рабочим органом и режущим устройством, которое гарантирует, что режущее устройство во время погрузки не войдет в габарит, определяемый элементами захвата, что помешало бы процессу погрузки.
Благодаря своей конструкции и принципу действия соединительное устройство, связывающее режущее устройство с рабочим органом, не передает крутящий момент на корпус рабочего органа в плоскости своего движения, в результате чего корпус рабочего органа подвержен меньшим напряжениям, чем в большинстве традиционных технических устройств. Таким образом, проще осуществлять выбор конструктивных узлов режущего устройства и механизма, соединяющего режущее устройство с рабочим органом. Режущее устройство может быть легко выполнено подвижным относительно корпуса рабочего органа, устанавливаемого на стрелах лесозаготовительной машины. Это может быть сделано, по существу, известными способами, отличающимися от тех, где используются соединительные средства вращающегося типа. Поэтому соединительные средства могут состоять, например, из направляющей или направляющих линейного перемещения.
Как говорилось выше, такое устройство для заготовки древесины пригодно для использования в сочетании с большинством различных рабочих органов. Режущее устройство само по себе может состоять как из устройства с фиксированным полотном, которое прижимается к стволу и прорезает его насквозь, как это подробно описано в отношении варианта осуществления настоящего изобретения, так и из устройства, оснащенного одним или несколькими подвижными полотнами, или даже цепной пилой, если размер стволов деревьев, заготавливаемых в качестве топливной древесины, больше обычного.
Краткое описание чертежей
Далее подробно описывается предпочтительный вариант осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, где
фиг.1 представляет схематическую, аксонометрическую фронтальную проекцию устройства, соответствующего настоящему изобретению, со средствами захвата рабочего органа в раскрытом положении;
фиг.2 также представляет схематическую, аксонометрическую фронтальную проекцию устройства, соответствующего настоящему изобретению, повернутого приблизительно на 90° относительно положения по фиг.1, в котором одно из средств захвата рабочего органа произвело захват ствола дерева, а остальные находятся в раскрытом положении;
фиг.3 представляет вид сбоку устройства по фиг.1;
фиг.4 представляет вид сверху устройства по фиг.1;
фиг.5 представляет собой вид снизу устройства по фиг.1; и
фиг.6 представляет собой аксонометрическую проекцию, демонстрирующую устройство по фиг.1 в «погрузочном положении».
Осуществление изобретения
Далее будут рассмотрены некоторые предпочтительные варианты осуществления устройства для заготовки древесины со ссылками на упомянутые чертежи. Устройство содержит детали конструкции, обозначенные на чертежах номерами, при этом номера на чертеже соответствуют номерам деталей конструкции, использованным в настоящем описании.
В соответствии с чертежами устройство относится к рабочему органу, который, в частности, предназначен для заготовки топливной древесины, и который может перемещаться посредством стрел форвардера или лесозаготовительной машины и специально используется для заготовки цельных деревьев. Такой рабочий орган часто называют «грейфером для топливной древесины».
Рабочий орган 1 редко включает в себя элементы подачи или элементы сучкореза, известные в традиционных пильных головках для машин лесного хозяйства, хотя наличие таких элементов не исключается. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, представленном на чертежах, рабочий орган содержит набор средств или элементов 2, 3 захвата, которые установлены на корпусе 4 рабочего органа с возможностью перемещения. В соответствии с чертежами, рабочий орган содержит первые, верхние, средства или элементы 2 захвата, которыми можно управлять, заставляя их совершать поступательное и/или вращательное движение относительно корпуса, для захвата древесного ствола 5 или нескольких стволов, которые, согласно фиг.2, во время обрезки сучьев прижаты к корпусу рабочего органа и находятся, по существу, в вертикальном положении. Вторые, нижние, элементы 3 захвата рабочего органа установлены на корпусе рабочего органа с возможностью поворота, и ими можно отдельно управлять для захвата указанного ствола или стволов.
Элементы захвата описанного типа дают возможность получить поочередное движение, которое в одной рабочей фазе позволяет собрать в пачку в рабочем органе 1 несколько древесных стволов 5. В конце концов, при заготовке топливной древесины вообще неразумно очищать ствол дерева от сучьев, напротив, выгодно оставлять все ветви на стволе, поскольку они тоже дают энергию.
Чтобы отрезать древесный ствол 5, помещенный в рабочий орган 1, на рабочем органе с помощью соединительных средств 6 установлено режущее устройство 7, которое имеет возможность перемещаться относительно рабочего органа. В соответствии с чертежами, в рассматриваемом варианте осуществления изобретения рабочий орган является органом с шарнирно соединенными звеньями, которые могут поворачиваться на оси крепления.
Такое режущее устройство 7 содержит корпус 8, оборудованный режущим органом 9 для срезания ствола дерева. Чтобы сдерживать движение режущего устройства, желательно между корпусами рабочего органа и режущего устройства установить фрикционный элемент, например тормозящую поверхность, чтобы сделать агрегат менее восприимчивым к движениям режущего устройства во время работы, например движениям вращательного характера. Такой фрикционный элемент, однако, все же дает режущему устройству возможность совершать движения в направлении внутрь/наружу соответственно выполняемой операции. Если используется фрикционный элемент, то он может иметь, по существу, известную механическую конструкцию, например в виде одной или нескольких металлических пластин, покрытых создающим трение материалом на основе фенолоальдегидного полимера/резины, или конструкцию на основе конических поверхностей.
Если необходимо, то можно предусмотреть отдельный исполнительный механизм (привод), такой как гидроцилиндр, между корпусом 8 режущего устройства 7 и корпусом 4 рабочего органа, чтобы направлять режущее устройство требуемым образом относительно корпуса рабочего органа. Естественно, что осуществить вышеописанный механический фрикционный элемент можно также и посредством известной гидравлической техники. Однако указанные устройства на чертежах отдельно не представлены.
В принципе, соответствующий настоящему изобретению рабочий орган 1 и режущее устройство 7 работают следующим образом. При помощи стрел лесозаготовительной машины, которая манипулирует рабочим органом, последний подводится к комлевому концу древесного ствола 5, подлежащего валке, причем рабочий орган в этом случае находится, как показано на фиг.1 и 4, по существу в вертикальном положении. В соответствии с фиг.2, рабочий орган используется для захвата ствола дерева посредством, по меньшей мере, первых средств или элементов 2 захвата, после чего режущему устройству задается направление для резки ствола. Верхние средства захвата прижимают отрезанный ствол дерева к корпусу рабочего органа и таким образом позволяют нижним элементам 3 захвата раскрыться, не давая возможности ранее отрезанному стволу дерева свалиться с рабочего органа. Путем повторения вышеописанной процедуры теперь можно собрать в рабочем органе необходимое количество древесных стволов, чередуя движения элементов 2 и 3 захвата, управляя ими либо вручную, либо, если возможно, автоматически, например в виде цикла, который следует за резкой.
Когда в рабочем органе 1 наберется достаточное количество древесных стволов 5, полученную пачку можно далее перенести рабочим органом в нужное место в вертикальном положении, как показано на фиг.2, либо на землю, либо непосредственно в грузовое пространство форвардера, где пачка может быть выгружена путем наклона рабочего органа и приведения его, по существу, в горизонтальное положение, в соответствии с фиг.6.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, представленном на чертежах, режущее устройство 7 содержит режущий орган 9, например полотно, по существу, жестко установленное в корпусе 8 режущего устройства. Такое соответствующее настоящему изобретению полотно наиболее наглядно показано на фиг.5. В своем начальном положении режущее устройство показано на фиг.6, на которой режущий орган переведен так, что находится позади корпуса 4 рабочего органа, в скрытом положении. В этом положении режущий элемент 10 (режущая кромка) режущего органа (в соответствии с чертежами, например, цепь цепной пилы), защищен встречно повернутой скобой 11.
Когда в процессе резки древесного ствола 5 рабочий орган 1 подводится к древесному стволу, скоба 11 отведена в открытое положение, так же как и элементы 2, 3 захвата. Когда древесный ствол прижимается к корпусу 4 рабочего органа, скоба поворачивается в направлении ствола. Затем скоба перемещается в плоскости, которая в соответствии с чертежами, по существу, совпадает с плоскостью движения режущего органа или в основном параллельна ей. Таким образом, скоба вынуждает режущий орган 9, движущийся относительно рабочего органа, оказаться прижатым к древесному стволу и прорезать его. Когда, в соответствии с чертежами, задействуется кромка режущего элемента 10, ствол дерева прижимается и отрезается встречно скобе. Таким образом, можно сказать, что режущий орган и скоба действуют совместно и взаимозависимо, то есть каждый раз режущий орган и скоба прижимаются друг к другу в результате перемещения скобы в закрытое положение. В соответствующем чертежам варианте осуществления изобретения режущий орган и скоба связаны между собой посредством механизма типа челюстного захвата.
В процессе сбора деревьев древесные стволы 5, собранные в рабочем органе 1, стоят на режущем органе 9, который оснащен, по существу, ровной верхней поверхностью 12 и который постоянно выступает из-под рабочего органа. Таким образом, конструкция режущего устройства такова, что оно автоматически поддерживает все древесные стволы, собранные в рабочем органе, как показано на фиг.2. Кроме того, в отличие от того, что происходит обычно, у стволов деревьев нет возможности двигаться вниз, когда происходит захват других деревьев, в силу чего исключается необходимость повторной обрезки уже собранных стволов.
Если древесными стволами 5, с которых должны быть срезаны сучья, трудно манипулировать, например, когда они очень высокие, то при помощи описываемого устройства можно производить резку всей пачки древесных стволов на две или несколько более коротких частей, чтобы сделать их более удобными для перевозки и складирования.
Следует отметить, что если, например, рабочий орган 1 вместе с режущим устройством 7, как показано на фиг.6, повернуть в горизонтальное положение, то его можно использовать известным образом для перемещения и погрузки отдельных древесных стволов 5 или пачек деревьев, как это делает традиционный когтевой захват форвардера. При таком использовании режущее устройство 7 можно отворачивать за пределы габарита, определяемого элементами 2, 3 захвата, чтобы облегчить погрузку. В таком случае скоба 11 режущего устройства переводится в закрытое положение, чтобы защитить режущий орган 9, при этом скоба и корпус 8 режущего устройства благодаря конструкции соединительных средств 6 отводятся (прячутся) за корпус 4 рабочего органа и двигаются, оставаясь позади указанного корпуса.
Чтобы получить оптимальную траекторию движения режущего устройства, в устройстве, соответствующем настоящему изобретению, установочная ось, образованная соединительными средствами 6 режущего устройства, по существу, совпадает с осью 13, а также с осью шарнира остальных элементов 3 захвата, которая выполнена с одной стороны рабочего органа. Кроме того, такой вариант осуществления выгоден в смысле простоты конструкции и простоты изготовления. Желательно фрикционный элемент вышеописанного типа расположить вокруг указанной установочной оси, между корпусом 4 рабочего органа и корпусом 8 режущего устройства, хотя использование такого элемента не является необходимым. Просто с фрикционным элементом режущее устройство 7 остается в том положении, в которое его направила пачка стволов. Создаваемой силы трения должно быть достаточно, чтобы режущее устройство оставалось в поднятом положении, например в погрузочном положении, и таким образом не мешало погрузке. Такое устройство шарнира также позволяет эффективно исключить передачу нагрузок, действующих на конструкции в плоскости перемещения режущего органа 9, на реальный рабочий орган 1 в процессе резания.
Взаимное перемещение между режущим устройством 7 и рабочим органом 1 можно также осуществить соединительными средствами 6, другими, нежели установочная ось, показанная на чертежах настоящего изобретения. То есть режущее устройство может быть установлено на рабочем органе посредством, по меньшей мере, одного направляющего устройства, которое соединяет между собой корпуса рабочего органа и режущего устройства. Такое направляющее устройство может заключать в себе подходящее, по существу, известное техническое решение, например направляющую типа ласточкиного хвоста.
Для специалиста в данной области техники понятно, что по мере развития техники основная идея изобретения может быть осуществлена множеством различных способов. Таким образом, изобретение и варианты его осуществления не ограничиваются вышеописанными примерами, а могут варьироваться в рамках формулы изобретения.