Харвестер — комбайн для автоматизированной валки леса

Еще полвека назад профессия лесоруба требовала большой физической силы и выносливости, а сегодня на лесозаготовках вместо лесорубов и трелевщиков, все больше требуются специалисты, знающие компьютер. Технический прогресс шагнул вперед настолько, что то, что считалось в 70-80 годах фантастикой, уже давно стало реальностью. И эта реальность такова, что харвестеры и форвардеры сегодня выступают как основные многоцелевые машины, способные выполнить самые сложные задачи на лесозаготовке.

История создания харвестера

Лесозаготовительный комбайн, а именно так изначально называлась валочная машина, в качестве рабочего образца в СССР был создан в 1984 году. Специалистами Карельского НИИ Леспрома были разработаны машины для валки деревьев и одновременно их раскряжевки. Прогресс заключался в том, что основную работу по валке деревьев выполнял агрегат, оснащенный манипулятором с захватом, на котором устанавливались пилы. Но это была первая машина лесозаготовительного комплекса. Производительность работы комплекса существенно повышалась за счет второй машины комплекса – комбайна для раскряжевки. Этот лесоповалочный комплекс обрабатывал древесину в два этапа – валочная машина осуществляла валку леса, а вторая машина осуществляла раскряжевку и резку деревьев по размеру. При этом лесозаготовка таким комплексом имела еще одни элемент – доставку заготовленного материала, обычно осуществляемого трелевочным трактором.

Новым этапом развития техники стало изобретение харвестерной головки, позволивший объединить две машины в один агрегат – харвестер, или лесозаготовительный комбайн. Новация заключалась в том, что действие по валке дерева и его начальной обработке совмещалось в одном устройстве – пильной головке.

С внедрением компьютерных технологий управление харвестером стало легче, оператор харвестера получил возможность контролировать все процессы. Начиная от определения объема заготовленной древесины и заканчивая определением геолокации выработки.

С момента появления прототипа принцип работы харвестера не изменился, но стал существенно отличаться благодаря новым функциям. Основное действие теперь сконцентрировано в одном агрегате – головке с несколькими пилами. Поперечная пила применяется для валки деревьев и резки согласно сортаменту, другие пилы используются для удаления веток и сучьев. Гусеничный харвестер со временем был заменен машиной, на более универсальной, колесной платформой.

Что такое современный харвестер было представлено в 1996 году John Deere – именно он выпустил машину, которую можно назвать первым современным харвестером.

Развитие этого вида техники привело к появлению нескольких видов таких машин. Мини версию можно увидеть не только в лесу, в Москве тоже нашлось применение этому виду техники. Эти машины незаменимы в лесной и парковой зонах столицы. Что касается транспортировки, то на замену тяжелому гусеничному трактору пришла концепция форвардера – колесного трактора с манипулятором и кузовом для перевозки древесины.

Технические характеристики и особенности эксплуатации харвестеров John Deere 1270, 1470

Модель 1270, первая версия которой была выпущена еще в 1996 году, стала эталоном качества и образцом для подражания. На сегодняшний день техника 1270 Е считается самой мощной, а в её производительности сомневаться не приходиться вовсе. Она предназначены для выполнения самых масштабных и сложных лесозаготовительных работ, но в то же время отлично справляется с процессом окончательного прореживания.

Масса харвестеров John Deere 1270 — 18,4 тонн. В харвестере установлен мощный 6-цилиндровый двигатель 228 л.с., объемом 9 литров. Усовершенствованный манипулятор СН7 имеет максимальный вылет стрелы 8,6 / 10, 11,7 м. Угол поворота стрелы — 220⁰. Гидравлическая система имеет управление по нагрузке. Трансмиссия оснащена блокировкой дифференциала на заднем и переднем мостах.

Вариантов кабины предлагается два: фиксированная и поворотная с возможностью выравнивания. Кабина отличается низким уровнем шума и вибрации, а также оснащена кондиционером и прочими, делающими работу оператора более комфортной, опциями. Стоимость б/у моделей 1270 D составляет от 5 до 7 млн. рублей.

Техника 1470 Е — это мощные машины массой 20 тонн и тяговым усилием 180 кН. В этих харвестерах John Deere установлен 9-литровый двигатель с системой турбонаддува и промежуточным охлаждением воздуха. Длина вылета стрелы — 8,6 / 10, 11 м. Харвестеры этой модели имеют повышенную стабильность и маневренность.

Устройство и принцип работы комбайна

Производители харвестеров чаще всего используют переломную схему компоновки машины. В большинстве моделей отсутствует цельная рама шасси, исключение составляет модели на гусеничном ходу. Устройство харвестера состоит из таких частей и агрегатов:

• переломное шасси;
• дизельный двигатель;
• система управления;
• гидравлическая система;
• электрооборудование;
• трансмиссия;
• манипулятор;
• харвестерные головки.

Харвестер – самоходный лесозаготовительный комбайн в качестве двигателя имеет мощный 6 или 8 цилиндровый дизельный двигатель. Мощность двигателя обеспечивает работу электрооборудования и гидравлической системы машины. Гидравлическая система обеспечивает выполнение основных функций манипулятора – вынос рабочего органа, захват и удержание спиленного дерева, раскладка спиленной древесины. Гидравлика, кроме того, обеспечивает работу тормозной системы и установку наклона кабины оператора. Электрооборудование обеспечивает работоспособность системы управления. Трансмиссия обеспечивает передвижение машины, в том числе и по сильнопересеченной местности.

Отдельным элементом выступает манипулятор с рабочим органом – харвестерной головкой, он обеспечивает поднос валочной головки к дереву, захват и удержание ствола, перемещение обработанной части к месту складирования.

Харвестерные головки включают в себя несколько механизмов:

• механизм валки и раскряжевки;
• механизм протяжки;
• механизм обрезки веток и сучьев.

В этих механизмах имеются гидроприводы пильных ножей и цепного механизма, подвижные сучкорезные ножи и поперечная цепная пила, четырехвальцовый протяжный и тормозной механизмы.

Принципы работы

Принцип работы харвестера основан на комплексном решении задач в условиях сплошных или выборочных валок леса. Предназначенная для валки машина обеспечивает выполнение ряда других сопутствующих задач:

• раскряжевки;
• обрезки сучьев;
• раскладку сортамента;

Производительность машины зависит от модификации – самые мощные имеют цепные пилы с длиной шины 750 мм и применяются для лесозаготовки в таежных массивах. Вид мини харвестеров предназначен для обрезки сучьев и прореживания деревьев в лесопарковой зоне, работает такая техника в основном в молодых насаждениях, где деревья имеют стволы до 40 см в диаметре.

Общая схема работы лесного комбайна имеет следующий вид:

• Оператор харвестера, пользуясь навигацией, пригоняет машину на участок лесозаготовки;
• В параметрах компьютера задается сортамент заготовляемой древесины;
• Машина подгоняется к дереву и разворачивает манипулятор;
• Оператор подводит валочный узел к дереву у основания и делает захват;
• Цепная пила спиливает ствол, после чего манипулятор кладет дерево на грунт;
• Устройство протяжки протягивает ствол, параллельно ножи обрезки срезают ветви и сучья;
• Достигнув заданной длины отрезка, пила делает рез;
• Получившийся отрезок манипулятор складывает в штабель для погрузки на форвардер.

Преимущества и недостатки харвестеров

Как и для большинства видов узкоспециализированной техники харвестеры обладают как положительными сторонами, так и недостатками. К преимуществам стоит отнести:

• Харвестер, может работать в разных климатических и погодных условиях, в сложных формах рельефа;
• Машина применяется как лесорубочный комплекс при сплошной валке леса, прореживании и санитарной рубке;
• С применением харвестера повышается культура производства, снижается количество отходов, ведется анализ объемов вырубки, сортамента продукции;
• Повышается производительность труда.

С другой стороны, к недостаткам нужно отнести:

• Необходимость специальной подготовки оператора харвестера;
• Машина используется в комплексе с транспортным средством, поэтому необходима покупка форвардера;
• Машина отлично работает в лесу на равнине, и на небольших уклонах, для больших углов наклона большинству машин работать опасно;
• При промышленной заготовке не все виды машин смогут справиться с большими диаметрами деревьев. Поперечные пилы имеют максимальную длину 75 см.

Виды лесозаготовительных комбайнов

Классификация комбайнов сегодня делается в основном по назначению машины и возможностей его использования. На основании описания и устройства машин можно выделить следующие типы харвестеров:

• легкий тип машин – предназначен для работы в лесопарковой зоне городов, основное назначение – резка сучьев и деревьев диаметром от 50 до 400 мм
• средние машины – универсальный тип машин для валки деревьев диаметром 500 мм.
• тяжелый лесозаготовительный комбайн – выполняет основную работу по валке промышленным способом на участках сплошных вырубок;
• сверхтяжелые харвестеры – используются в качестве основной рабочей техники в реликтовых лесах, где нужен захват стволов в 1 метр и более.

Технические характеристики

Представить, что такое харвестер, можно изучив технические характеристики John Deere 1270D.
Технические характеристики John Deere 1270D

Устройство харвестера John Deere 1270D

Устройство харвестера John Deere 1270D
Масса харвестеров John Deere 1270 — 18,4 тонн. В харвестере установлен мощный 6-цилиндровый двигатель 228 л.с., объемом 9 литров. Усовершенствованный манипулятор СН7 имеет максимальный вылет стрелы 8,6 / 10, 11,7 м. Угол поворота стрелы — 220⁰. Гидравлическая система имеет управление по нагрузке. Трансмиссия оснащена блокировкой дифференциала на заднем и переднем мостах.

Вариантов кабины предлагается два: фиксированная и поворотная с возможностью выравнивания. Кабина отличается низким уровнем шума и вибрации, а также оснащена кондиционером и прочими, делающими работу оператора более комфортной, опциями.

Кабина оператора

Просторная, светлая, комфортабельная с эргономическим сиденьем, оснащена простыми в использовании мини-джойстиками управления. Оборудована эффективным отоплением и кондиционированием воздуха. Обеспечивает хорошую обзорность рабочего участка и хорошие условия работы оператора. Кабина испытана на безопасность в соответствии с промышленными стандартами ISO (ROPS, FOPS, OPS, BC).

Уровень шума в кабине соответствует международному стандарту. Кабина снабжена радиомагнитолой, имеет тонированные стекла из ударопрочного материала и гнездо для подключения сотового телефона. В качестве дополнительного оборудования на харвестере «Джон Дир 1270D» устанавливается автоматическая система выравнивания и поворота кабины, повышающая уровень эргономики и снижающая вероятность повреждения кабины деревьями, которые остаются при проведении выборочных рубок.

Двигатель

Джон Дир JD 6081 HTJ D3 с турбонадувом, дизельный, шестицилиндровый, рабочий объем цилиндров 8,1 л, максимальная мощность 160 кВт при частоте вращения коленчатого вала 2000 мин –1, крутящий момент 1100 Нм при частоте вращения коленчатого вала 1400 мин –1, емкость топливного бака 480 л.

Крутящий момент двигателя дает возможность одновременно включать моторы протяжки харвестерной головки и использовать функции гидроманипулятора, что позволяет повысить производительность харвестера. В эксплуатационных условиях двигатель можно использовать на более низких частотах вращения его коленчатого вала, что приводит к снижению расхода топлива, увеличению срока службы кривошипно-шатунного механизма и снижению уровня шума.

Трансмиссия

Трансмиссия John Deere 1270D
Гидростатическо-механическая с двухдиапазонной раздаточной коробкой передач. Скорость движения V = 0…24 км/ч, максимальное тяговое усилие Рк = 160 кН. Трансмиссия включает в себя гидравлический насос и двигатель, двухступенчатую раздаточную коробку (высшая и низшая передачи), карданные валы. Гидростатический элемент трансмиссии включает в себя гидравлический насос и гидравлический двигатель, которые соединены между собой всасывающим и нагнетательным контуром.

Гидравлический насос и двигатель поршневого типа – с регулируемыми рабочими объемами. Рабочий объем гидравлического насоса находится в пределах 0…100 см3, двигателя – 140…160 см3. При пуске гидравлический двигатель всегда имеет максимальный рабочий объем. Раздаточная коробка распределяет крутящий момент от гидравлического двигателя между передним и задним мостами. Она представляет собой механическую зубчатую передачу и обеспечивает диапазоны высшей и низшей передач, а также позволяет отключить привод на передний мост.

Гидросистема

Постоянного давления, чувствительная к нагрузке, рабочее давление – 24…28 МПа. Производительность насоса – 288 л/мин при частоте вращения 1800 мин –1 вала гидронасоса. Гидросистема харвестера включает в себя:

• гидравлический насос двигателя;
• гидрораспределитель HV09 движения манипулятора;
• гидромотор;
• напорные аккумуляторы;
• гидроклапаны;
• тормоза и т. д.

Тормозная система

Гидравлическая. Рабочий и служебный (вспомогательный) тормозы многодисковые в масляной ванне с гидроприводом. Передний мост оснащен рабочими тормозами перед дифференциалом. Во время обработки дерева, чтобы обеспечить одинаковое усилие на все колеса, блокировка дифференциала срабатывает одновременно с тормозами. Рабочие тормоза заднего моста смонтированы на ступицах. Стояночный тормоз смонтирован перед корпусом заднего моста и имеет механическое пружинное включение и гидравлическое отключение.

Рулевое управление

Бесступенчатое с электроприводом, осуществляется с помощью ручного манипулятора типа «джойстик» поворотом шарнирно-сочлененных полурам двумя гидроцилиндрами. Угол поворота полурам ±42º.

Гидроманипулятор

Со стрелой параллельного действия моделей TJ 210H90, 210H97, 210H115 с максимальным вылетом стрелы (с головкой) 9,3; 10 и 11,8 м и подъемным моментом (брутто) 178 кНм. Угол поворота стрелы – 220º, угол наклона стойки гидроманипулятора – 25º вперед и 13º назад/

Электрооборудование

Генератор 288 В/140 А; две аккумуляторные батареи по 140 А и напряжением 24 В. Установлено 14 сдвоенных рабочих фар и четыре одинарных на гидроманипуляторе с освещенностью в рабочей зоне в темное время суток не менее 30 лк.

Харвестерные (процессорные) головки

Широкий выбор харвестерных головок позволяет использовать харвестер Джон Дир 1270D в разнообразных условиях. Мощные головки Н762 и 758 разработаны для применения на рубках главного пользования, а головки Н754, 745 и Н752D – для использования на рубках ухода. Харвестерные головки 758, Н754 и 745 позволяют работать с деревьями, которые имеют искривленные стволы с толстыми сучьями.

Головка оснащена четырьмя подвижными сучкорезными ножами, мощным четырехвальцовым приводом, гидротормозами, цепным пильным механизмом с гидростатическим приводом.

Механизм валки и раскряжевки харвестерной головки

Включает в себя цепную пилу с гидростатическим приводом. Длина пильной шины составляет 750 мм, шаг пильной цепи – 10 мм, скорость пильной цепи – 40 м/с, рекомендуемая производительность гидронасоса харвестера – 250 л/мин при рабочем давлении в системе 24 МПа. Максимальный диаметр среза дерева (за один прием резания) – 56 см.

Механизм протяжки дерева

Включает в себя четыре гидромотора, которые работают совместно и осуществляют привод двух закрепленных на раме и двух подвижных протяжных вальцов. Усилие протяжки – 22,0…27,0 кН. Скорость протяжки дерева – 4,7 м/с, максимальная величина открытия протяжных вальцов – 70 см.

Механизм обрезки сучьев харвестерной головки

Включает в себя четыре подвижных сучкорезных ножа с гидроприводом. Диаметр ствола дерева в зоне обрезки сучьев, охватываемого сучкорезными ножами на 100 %, – 48 см. Сдвоенный потенциометр, расположенный над сучкорезными ножами, измерительное колесо, прижимаемое к стволу дерева, проводят точное измерение его диаметра и длины.

Управление харвестером

Центр управления харвестером находится в кабине – это рабочее место оператора. Это место обеспечивает управление харвестером, кабина оборудована всем необходимым для работы от джойстиков (обычное рулевое колесо у многих машин отсутствует) до мониторов, передающих данные с харвестерной головки и видеокамер, установленных на стреле.

Кабина изготовлена из высокопрочного металла и имеет большое остекление – оператор имеет возможность, не выходя из кабины, контролировать все процессы. Кроме того, сама кабина имеет автономный механизм выравнивания, поэтому оператор не испытывает больших нагрузок при работе.

Непосредственно процессом заготовки леса оператор руководит при помощи нескольких джойстиков манипуляторов – рычаги и штурвалы в кабине не предусмотрены. Зато предусмотрен кондиционер, магнитола, радиоприемник, радиостанция и зарядка для мобильного телефона. Стекла имеют тонировку, а кресло больше похоже на кресло болида, чем на рабочее место. Дополнительный обзор происходит за счет камер, передающих изображение на мониторы.

Контроль сортамента, количество и качество заготовленной древесины во время работы харвестерной головки сразу передается на центральный компьютер. При санитарной резке и прореживании массивов компьютер сам проводит фиксацию мест вырубки, на основании чего составляется карта промышленных насаждений.

Обработанная древесина складируется в штабеля, при этом компьютер фиксирует местонахождения штабеля, рассчитывает его объем и передает необходимую информацию на компьютер форвардера.

Популярные модели харвестеров

Производители харвестеров предлагают в своей модельной линейке разные типы машин. Но одними из самых популярных, остаются многоцелевые тяжелые машины для промышленной заготовки леса.

Отличительной особенностью харвестера модели 1270D от John Deere выступает оснащение комбайна современным компьютерным оборудованием. Большая масса машины, полный привод и мощный дизельный двигатель делают этот харвестер одним из лучших в своем классе. Он предназначен для сплошных вырубок леса с диаметром захвата головки 56 см. Модель может оснащаться манипулятором длиной 8,6 , 10 и 11,7 метра. Угол поворота составляет 220 градусов.

Komatsu 941.1 японского концерна Komatsu считается одним из самых больших харвестеров. К числу достоинств машины можно отнести высокую проходимость и надежность. Кабина оператора имеет функцию автоматической стабилизации. Облегчает работу и возможность кругового вращения кабины и стрелы с манипулятором. Машина имеет солидный вес – 23,5 тонны. Вылет стрелы (в зависимости от комплектации модели) составляет 8 или 10 метров.

Харвестер Cat 521B американского производства характеризуется высокой производительностью, отличной проходимостью и надежностью. Как и все машины Caterpillar он оснащен мощным, но одновременно экономичным дизельным двигателем. Кабина имеет систему независимого выравнивания. Масса машины одна из самых больших – 27 тонн. Максимальный вылет рабочей головки – 9,9 метра. Трансмиссия и шасси обеспечивают уверенное передвижение как по болотистой местности, так и на скалистых участках. Как видно технический прогресс не стоит на месте. Современные лесозаготовительные машины практически достигли своего совершенства, обеспечив замену человека в большинстве производственных операций. Но и здесь в истории развития средств механизации лесозаготовок ставить точку еще рано. Ведь применение новых компьютерных технологий в оборудовании харвестера это только начало его широкого внедрения в лесном хозяйстве.

Харвестеры John Deere: основные характеристики моделей 1070 Е, 1170 Е

Модели харвестеров John Deere 1070 Е и 1170 Е — это универсальные машины, которые широко используются как при конечной вырубке, так при частичном прореживании леса. В зависимости от характера выполняемых операций, конфигурацию техники можно поменять — для этого предусмотрено несколько вариантов головок и разная длина стрелы манипулятора.

Так, харвестер John Deere 1070 Е — оптимальный выбор для работы на территориях, требующих аккуратной вырубки. Благодаря высокой маневренности машина способна передвигаться среди плотно растущих деревьев, при этом давление на почву оказывается максимально щадящее. Эта модель представлена двумя версиями: 4-х и 6-колесной.

Мощность установленного 6-цилиндрового дизельного двигателя — 182 л.с. Емкость топливного бака — 320 л. Поворот рамы осуществляется с помощью джойстиков, угол поворота — 44⁰.

Модель 1170 Е имеет аналогичные характеристики при более мощном двигателе (194 л.с.). Вообще, этот харвестер John Deere является представителем нового размерного класса машин для лесозаготовки и отличается внушительной грузоподъемностью и высоким тяговым усилием.

Максимальный вылет стрелы 180 S (в модели 1070 Е) составляет 8,6 / 10 / 10,8 м., угол поворота — 220⁰. Манипулятор СН6 (в модели 1170 Е) имеет максимальный вынос 10 / 11,3 м. Харвестеры комплектуются неподвижной или поворотной кабиной с функциями выравнивания. Стоимость этих моделей харвестеров, бывших в эксплуатации, начинается от 3 млн. рублей.