Вибрационное захватное устройство для корчевания деревьев с выдвижными ножами

Предлагаемая полезная модель относится к области лесного хозяйства, направлению «Машины и механизмы лесного комплекса».
Это захватное устройство, предназначенное для использования на валочно-пакетирующих машинах на гусеничном ходу. При сравнении с аналогичными образцами выделяются различия как в конструкции, так и в технологии процесса работы. В отличие от многих, используемый в предлагаемой полезной модели, захват за основания корней позволяет проводить корчевание вертикально, уменьшая нагрузку на механизм. Также к конструктивным отличиям можно отнести конструкцию дугообразных ножей для захвата корней, которые приводятся в движение гидроцилиндрами. Технологическое отличие заключается в применении вибратора для предварительного разрушения связей в почвенно-корневой системе.
Известны следующие подобные устройства, предназначенные для корчевания деревьев:
- изобретение к авт. свид. 545293, опубл. 03.02.1977 г. бюл. № 5,
- изобретение к патенту 2249943, опубл. 27.12.2006 бюл. № 36,
- полезная модель к патенту 105 122, опубл. 10.06.2011 бюл. № 16.
В изобретении, описанном в авт. свид. 545293 описана машина для заготовки деревьев с корнями, построенная на базе гусеничного трактора. Она оснащена челюстными захватами и подвижной толкательной рамой, а также вибрационной плитой с шипами. Принцип ее работы, следующий: машина подъезжает к дереву и толкает его рамой, а затем докорчевывает челюстными захватами, и после этого подвижная плита начинает вибрировать, очищая корневую систему от комля грунта. К недостаткам этой машины можно отнести необходимость приближаться вплотную к дереву, что вызывает передачу вибраций на кабину, а также ограничение по размерам корчуемых деревьев, так как использует горизонтальное воздействие на ствол, увеличивающий усилие корчевания в зависимости от глубины проникновения корневой системы.
Изобретение к патенту 2249943 называется устройством для валки деревьев вместе с корнями. Оно представляет собой рычажный механизм, установленный на колесном или гусеничном тракторе. Для корчевания ствол дерева удерживают в двух точках и придают ему небольшой наклон, предотвращающий его проскальзывание в местах захвата, а затем толкают вверх, вырывая его из почвы. Это устройство также ограниченно по диаметру корчуемых деревьев, так как использует статическое усилие, которое для деревьев больших диаметров очень существенно.
Полезная модель к патенту 105122 представляет собой захватное устройство с вибрационным эффектом, созданного на основе аналогичного устройства валочно-пакетирующей машины. Но отличается от него принципом работы. Вибрация, создаваемая им предназначена для предварительного разрушения структуры комля земли, связанного с корневой системой, до начала корчевания. Главным недостатком этого устройства является жесткое крепление его только к стволу, что может привести к люфту в местах захвата.
Наиболее близкими по технической сути являются устройство для корчевания деревьев (полезная модель 105 122).
Предлагаемое устройство осуществляет жесткий захват ствола дерева, производит его продольную вибрацию с последующим силовым извлечением из почвы вместе с корнями.
Схема устройства приведена на фиг 1.
Конструкция имеет вертикальную несущую стойку (5), на которой закреплен верхний захват, состоящий из гидроцилиндра (3) и зажимного крюка (4), а также нижний захватный механизм, установленный на плоском горизонтальном основании (11), состоящий из двух дугообразных ножей (7), каждый из которых закрепленных на ободе диска с секторальным вырезом, которые могут посредством гидропривода (6) поворачиваться на полуосях, перпендикулярных продольной оси ствола, жестко связанных с основанием (11), и двух вибраторов (8), установленных параллельно ножам слева и справа от ствола, работающих синхронно благодаря использованию передаточного механизма (9), имеющему промежуточный вал. Кроме того, к горизонтальному основанию (11) снизу крепятся подвижные горизонтальные плиты (12), приводимые в движение гидроприводом (10).
Жесткий захват дерева осуществляется за основания корней с двух сторон ствола (1), а также за ствол крюком (4) вверху стойки (5). После этого ствол (дерево) «приподнимают» (создают предварительный натяг) усилием, равным расчетному весу дерева, усилием стрелы и включают вибраторы (8), расположенные с двух сторон от оси ствола, которые создают вертикальные колебания. Для синхронизации работы вибраторов они имеют передаточный механизм (9) с промежуточным валом. Частоту колебаний вибраторов устанавливают такой, чтобы минимизировать вынужденные колебания ствола дерева и захватного устройства, на которое установлены вибраторы, а почвенно-корневая система при этом совершала бы интенсивные вынужденные колебания, приводящие к эффективному разрушению связей между корнями и связанной с ними почвой. После достижения ее вибраторы останавливаются и производится извлечение ствола вертикально подъемом стрелы.
Для проектирования данного устройства необходимо произвести расчеты на прочность деталей, с учетом нагрузки возникающей при корчевания деревьев. Также нужно подобрать вибраторы, соответствующие величине усилия для предварительного разрушения связей почвенно-корневой системы. Рекомендации для подбора технических характеристик вибраторов разработаны и предоставляются при соответствующем запросе. Кроме того, необходимо разработать и построить связующий механизм для синхронизации работы вибраторов.
Предлагаемая полезная модель захватного устройства ВПМ (корчевальной машины) в совокупности с вибрационной техникой позволит эффективно корчевать деревья с корнями за счет снижения силы корчевания, а следовательно, энергоемкости машин, сохранить подрост и плодородный слой лесной почвы - гумус за счет совмещения операций валки деревьев и  корчвки пней.