Игорь Григорьев, д.т.н., проф. АГАТУ, Ольга Куницкая, д.т.н., проф. АГАТУ, 

Сергей Рудов, к.т.н, ст. преп., Виталий Каляшов, к.т.н., доц., Александр Тамби, д.т.н., проф. АГАТУ

Истощение доступных, спелых, равнинных эксплуатационных лесов в Сибири и на Дальнем Востоке, т. е. в регионах, которые некогда, не совсем корректно, назывались лесоизбыточными регионами Российской Федерации привело к необходимости вовлечения в промышленное производство лесов, произрастающих на склонах гор, сопок и холмисто-грядовых рельефов.

В ДВФО значительные площади спелого древостоя сосредоточены не только на территориях с плотным наличием резко пересеченного рельефа и крутых склонов, но и в местах с частичным наличием сильно переувлажненных грунтов, заболоченности и топей (рис. 1).

Рисунок 1. Наличие в лесном фонде ДФО лесоэксплуатационных территорий с сильно переувлажненными и заболоченными участками, тыс. га

Особенностью данных территорий является то, что основные площади, где произрастает качественный древостой, сосредоточены на крутых склонах, которые в нижней своей части часто соприкасаются с гидрологическими системами (болотами, речками).

По нашим данным, в ДВФО площадь лесов, расположенных на склонах с уклоном более 20° составляет более 82 млн. га, что эквивалентно 25% лесопокрытой площади (табл. 1).

Таблица 1. Распределение площадей, покрытых лесной растительностью, по крутизне склона по субъектам ДФО, тыс. га, %

Одной из важнейших составляющих, характеризующей лесные массивы на склонах, обычно принимается их протяженность и изрезанность конкретного участка перепадами высот, которые в совокупности составляют микро- и макронеровности эксплуатационной территории.

Для условий ДФО показатель резкого перепада высот на общей линии одного склона может варьироваться в пределах 5–10°, а протяженность перепада может достигать более 50 метров (табл. 2).

Таблица 2. Распределение горных лесных склонов ДФО по протяженности и перепаду высот

В лесозаготовительной практике по перепаду высот принято выделять три основных вида рельефа (рисунки 2–5): длинный склон, склон с гребнями и раздробленный склон.

В зависимости от длины и формы склона определяется оптимальное направление трелевки, и оптимальное положение дороги, а также места хранения заготовленной древесины.

Во времена СССР и в течение нескольких лет после его развала для освоения лесосек на склонах часто использовались передвижные и стационарные канатные трелевочные установки (КТУ). При этом валка деревьев и последующие рабочие операции (обрезка сучьев, раскряжевка) выполнялись механизированным способом (при помощи бензиномоторных пил). Примерно такая же техника использовалась и для разработки лесосек на заболоченных и переувлажненных почвогрунтах.

Труд вальщика леса, даже в равнинных лесах, физически тяжел и травмоопасен, а при работе на склонах — тем более. В настоящее время, при работе на равнинных лесах в РФ все большее распространение находит машинная заготовка древесины, которая при больших объемах заготовки и сплошных рубках спелых и перестойных насаждений оказывается выгоднее механизированной. Кроме этого, в России наблюдается серьезный дефицит профессиональных вальщиков леса, в связи с непрестижностью данной профессии у молодежи и выбытием опытных кадров, многие из которых переучиваются на операторов лесных машин.

Рисунок 2. Формы рельефа

Машинная заготовка древесины на склонах имеет свои очевидные сложности, как технические, так и технологические. Но серьезной альтернативы машинной заготовке древесины, даже в условиях крутых склонов, в настоящее время нет. КТУ, фактически, ушли в прошлое, и в настоящее время в России используются крайне редко.

Машинная валка деревьев на склонах возможна как сортиментными, так и хлыстовыми комплексами. Наиболее трудоемкой операцией является не валка деревьев, а их трелевка. В практике лесозаготовителей США и Канады есть вариант, когда пакеты деревьев, сваленных валочно-пакетирующей машиной, перемещаются с лесосеки вертолетами, но это, безусловно, весьма затратно, и в российских условиях может быть рекомендовано только для заготовки ценных пород древесины.

Рисунок 3. Длинный склон

Рисунок 4. Холмистый склон с гребнями

Рисунок 5. Раздробленный склон

Эксплуатация и техническое оснащение лесных машин в таких условиях имеет свои особенности. Они отмечены и в инструкциях по технике безопасности для операторов: «Машинистам запрещается заезжать на уклоны, превышающие значения, указанные в технологической документации по эксплуатации конкретного типа машины».

Как и в случаях работы на лесосеках со слабыми почвогрунтами, при работе на склонах колесные лесные машины надо оснастить правильным типом гусениц.

При работе на склонах универсальный шарнир позволяет полурамам харвестеров и форвардеров наклоняться в вертикальной плоскости на угол до 15º. Это разгружает раму при движении машины по пересеченной местности и обеспечивает высокую проходимость при значительной длине продольной базы. За счет возможности блокировки шарнира в горизонтальной плоскости обеспечивается повышенная устойчивость при работе форвардера в режимах погрузки и разгрузки.

Применение в конструкциях лесных машин системы горизонтального выравнивания платформы с кабиной позволяет устойчиво работать на склонах и расширяет функциональные возможности валочно-пакетирующих машин, харвестеров и форвардеров при эксплуатации на пересеченной местности. Благодаря высокой устойчивости увеличивается скорость движения и уменьшается время цикла на пересеченной местности. При работе на склонах желательно наличие у колесных машин сбалансированного тандема.

Ведущие компании-производители машин для сортиментной заготовки — Ponsse, John Deere, Komatsu — предлагают свои технические решения, которые существенно повышают эффективность работы техники при работе на склонах. Прежде всего — это установка специальной лебедки. Ponsse и John Deere по предварительному заказу устанавливают на уже готовые харвестеры и форвардеры лебедки на заводах, которые их производят. И, в принципе, такие лебедки могут быть установлены на весь модельный ряд машин этих компаний. У Ponsse лебедка не устанавливается только на харвестер Ponsse ScorpionKing. У компании Komatsu лебедка интегрирована в трансмиссию, и харвестер или форвардер строятся на заводе-производителе машин вокруг данной трансмиссии. Лебедочное оборудование — это внутренняя разработка Komatsu в отличие от Ponsse и John Deere, которые добавляют это дополнительное оборудование к готовой машине (харвестерам или форвардерам). Но Komatsu устанавливает лебедки не на весь модельный ряд лесозаготовительной техники, а только на машины серий 875, 911 и 931.

В любом случае если лесозаготовитель изначально планирует эксплуатировать харвестеры и форвардеры на пересеченной местности, то следует обратить внимание дилера на необходимость доукомплектования машины лебедкой. Ожидать такую машину придется дольше, нежели обычную.

Харвестеры и форвардеры Ponsse дополнительно оснащаются лебедкой Alpine Synchrowinch (рис. 6) и могут эффективно использоваться на уклонах до 41º (рис. 7).

Рисунок 6. Харвестер Ponsse Ergo с лебедкой Alpine Synchrowinch

Лебедка позволяет зацепиться тросом за верх склона и помогает машине перемещаться по склону. Она стабильно держит тросом машину на уклоне, не дает пробуксовывать трансмиссии и позволяет экономить топливо. Длина троса лебедки у Ponsse составляет 350 м, у Komatsu: на харвестерах — 325 м, на форвардерах — 425 м. Диаметр троса у лебедок составляет 14–15 мм.

Рисунок 7. Харвестер и форвардер Ponsse с лебедкой на крутом склоне

В принципе машина без лебедки, оснащенная гусеницами, может работать и на уклонах до 30º, но при этом начинают проворачиваться гусеницы, трансмиссия испытывает повышенную нагрузку, что приводит к повышенному расходу топлива, повышенному износу гусениц и колес, и существенному снижению производительности. Без лебедки машины оптимально эксплуатировать на уклонах только до 25º. 

У компании Komatsu также разработана система вспомогательного лебедочного оборудования Traction Aid Winch — интегрированная система, которая работает синхронно с узлами трансмиссии и увеличивает тягу в сложных условиях гористой местности. Эта опция доступна на модели форвардера Komatsu 875. Благодаря специально разработанному заводскому решению лебедочный блок включает в себя основной барабан и два ворота, которые расположены отдельно от основного барабана, что позволяет производить натяжение более плавно и с меньшей нагрузкой на трос, тем самым максимально увеличивая срок службы троса. Пульт дистанционного управления позволяет оператору запустить машину и начать наматывание троса, находясь за пределами кабины. Весь комплект лебедочного оборудования интегрирован в заднюю раму машины.

Специальное оснащение лесных машин для работы на склонах не ограничивается только установкой лебедки. У форвардеров устанавливается задняя решетка отсека, препятствующая выпадению сортиментов. Эта решетка является дополнительной опцией, устанавливаемой производителем. Компания Komatsu в качестве дополнительных опций устанавливает на форвардеры 835, 845 и 855 опцию Bogie lift, которая позволяет поднимать передние колеса для спуска с крутых откосов или при резких поворотах на узких волоках, а также помогает взобраться на трал. Подъем тандема может быть предложен Komatsu в двух вариантах: стандартном, который обеспечивает одновременную работу обеих сторон машины, или расширенном варианте, где каждая сторона может работать независимо.

Когда машина изготавливается для работы на склонах, необходимо изменение рабочего места оператора. Сиденье оборудуется боковой и спинной поддержкой, а также для надежного удержания оператора, монтируется широкий профессиональный ремень автогонщика с четырьмя точками фиксации. Большое преимущество на машинах Komatsu дает функция Crane tilt, которая позволяет мотору вращать гидроманипулятор на уклонах, а также позволяет наклонять манипулятор под продольным углом от 5° до 15° (22° в стояночном положении). Это дает существенное преимущество при работе на крутых склонах, так как поворотный мотор гидроманипулятора получает значительно большую мощность. Эта функция наклона встроена в поворотный корпус, что позволяет сократить общую высоту конструкции.

Машины с лебедками дополнительно оборудуются подсветкой пильного отсека харвестерной головки, пультом дистанционного управления для разматывания троса и камерами переднего и заднего вида.

Лебедка существенно помогает и при работе машин на склонах в зимний период, когда из-за снега и наледи склон, вдобавок ко всему, становится еще и скользким.

Для того, чтобы оператор по неопытности или невнимательности не опрокинул машину поперек склона, в бортовом компьютере машины предусмотрена опция световой и звуковой сигнализации о достижении предельных углов продольного и поперечного уклонов, с функцией отключения трансмиссии при их превышении.

Полезно отметить, что компании-производители машин рекомендуют выбирать для работы на склонах только опытных операторов, поскольку для новичка такие условия работы создают дополнительные сложности.

Отдельным концептом машины для освоения лесосек на склонах является валочно-трелевочно-процессорные машины — Highlander 6 или 4WD (австрийского производства), созданные специально для выборочных и сплошных рубок в горных условиях, не требующие смены навесного оборудования в течение рабочего цикла — валки, трелевки, обрезки сучьев, раскряжевки (рис. 8).

Рисунок 8. Валочно-трелевочно-процессорные машины Highlander

Рисунок 9. Доставка лебедки T-Winch легковым автомобилем

Эффективно работать на крутых склонах этой машине помогает не только интегрированная лебедка, но и изменяющаяся колесная база, имеющая возможность крабового хода. В настоящее время эта машина проходит тестирование в Иркутской области для определения производительности в различных условиях, расхода топлива и себестоимости процесса заготовки древесины.

Установка лебедки и других дополнительных опций достаточно существенно удорожают и утяжеляют базовую машину, делают ее узкоспециализированной и увеличивают срок получения машины с завода.

Помимо оснащения специализированных лесозаготовительных машин лебедками, для работы на склонах могут быть использованы прицепные наземные тележки Pully, прикрепляемые к харвестерам лебедкой и их аналоги или же самоходные лебедки T-Winch.

Самоходные лебедки в отличаются малыми габаритами, что позволяет доставлять их к месту проведения работ обычными автомобилями с повышенной проходимостью либо в кузовах лесовозов или форвардеров на специальных площадках (рис. 9).

Благодаря мобильному исполнению, самоходные лебедки могут быть агрегатированы с лесозаготовительной техникой, не имеющей специального оборудования для работы на склонах, а также использоваться для извлечения застрявшей лесозаготовительной, лесовозной и вспомогательной техники.

Так, например, самоходные лебедки, выпускаемые компанией Ecoforst, не имеют кабины и управляются по радиоканалу. При подобной компоновке оператор харвестера способен одновременно управлять двумя машинами.

Расход топлива самоходными лебедками T-Winch мод. 10.2 в рабочем режиме составляет около 4,5 литра в час.

Сферы использования самоходных лебедок достаточно обширны и не ограничены лесосечными работами на склонах. Оборудование подобного типа может быть полезно для установки линии электропередач, а также при строительстве лесовозных дорог.

Рисунок 10. Доставка лебедки T-Winch автолесовозом

Рисунок 11. Валочно-пакетирующая машина с лебедкой и скиддер с лебедкой T-Winch