ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНАЯ МАШИНА Российский патент 1999 года по МПК A01G23/08 A01G23/81 

Изобретение относится к лесозаготовительному оборудованию и может быть использовано при машинной заготовке лесоматериалов в условиях сплошной и выборочной вырубки леса с сохранением подроста.

Известно техническое решение [1], согласно которому лесозаготовительная машина (ЛЗМ) содержит самоходное шасси с кабиной оператора и технологическим оборудованием, в состав которого входит гидроманипулятор с захватно-срезающим устройством (ЗСУ) на концевой части рукояти, ЗСУ выполнено в виде опорной и выдвижных секций, первая из названных установлена на рукояти поворотно в вертикальной плоскости, снабжена захватом и пильным аппаратом, а крайняя выдвижная секция ЗСУ снабжена вторым захватом, рукоять манипулятора кинематически связана с опорной секцией, последняя с выдвижными посредством шарнирных двухзвенников с гидроцилиндрами управления, расположенными с тыльной стороны секций, обращенной к рукояти, при этом манипулятор и кабина оператора установлены на поворотном в горизонтальной плоскости устройства, смонтированном на самоходном шасси.

При данном конструктивном решении ЛЗМ процесс заготовки лесоматериалов осуществляется при наведении ЗСУ на стоящее дерево, срезании сучьев с него с учетом выдвижения крайней секции ЗСУ, срезании дерева и последующем его наклоне посредством ЗСУ в сторону рукояти, окончательную обрезку сучьев со ствола дерева посредством ЗСУ при наклонном положении ствола, ориентированного в направлении продольной оси рукояти и последующую сортиментную раскряжевку ствола при указанном его положении.

Благодаря указанному техническому решению ЛЗМ осуществляет машинную заготовку лесоматериалов в условиях сплошной или/и выборочной вырубке леса с соблюдением лесохозяйственных требований по сохранению подроста на лесосеке, т.к. при наклоне срезанного дерева на рукоять исключаются силовые воздействия с его стороны на подрост, что улучшает эксплуатационные характеристики машины по экологическим параметрам, при этом за счет указанного положения срезанного дерева относительно рукояти манипулятора улучшается и эксплуатационная устойчивость машины в процессе обработки ствола дерева и сортиментной его раскряжевки.

Однако ЛЗМ [1] имеет сложное конструктивное исполнение ЗСУ, что увеличивает металлоемкость и энергоемкость машины. При конструктивном исполнении ЗСУ данной машины снижается и ее производительность при сортиментной раскряжевке и обрезке сучьев, что ухудшает эффективность работы машины. Известная машина имеет и ограниченные технологические возможности по съему древостоя с одной стоянкой машины, что также ухудшает эффективность работы машины.

Известно также техническое решение [2], согласно которому ЛЗМ содержит самоходное шасси с кабиной оператора и технологическим оборудованием, имеющим гидроманипулятор с ЗСУ на его рукояти, последняя выполнена из кинематически связанных между собой секций, ЗСУ имеет стойку с поярусно расположенными на ней захватами и пильным аппаратом со стороны нижнего из них, при этом стойка ЗСУ расположена на концевой части крайней секции рукояти, со стороны названной части этой секции расположена опора для взаимодействия с грунтом, которая шарнирно соединена с указанной частью и связана со стойкой ЗСУ посредством рычага, имеющего гидроцилиндры управления, связывающие названный рычаг со стойкой и концевой частью крайней секции рукояти, причем последняя также снабжена дополнительным захватом, предназначенным для укладки в него срезанного дерева или группы их в процессе наклона последних посредством ЗСУ после их срезания.

В данной машине благодаря секционному выполнению рукояти манипулятора увеличивается длина вылета последнего, что расширяет технологические возможности машины по съему древостоя с одной стоянки. Вместе с тем использование в данной конструкции ЛЗМ захватно-срезающего устройства с рычажным механизмом его поворота, кинематически замкнутого с опорой как при наведении ЗСУ на стоящее дерево и срезании его, так и при укладке в захват рукояти, приводит с одной стороны к конструктивному усложнению ЛЗМ, к повышению ее энергоемкости, а с другой стороны создает со стороны торца концевой части крайней секции рукояти закрытую соответственно рычагом ЗСУ и опорой полость (пространство) препятствующее возможности использования в конструкции данной машины каких-либо устройств, обеспечивающих обрезку сучьев со ствола дерева и сортиментную его раскряжевку, что существенно ухудшает технологические возможности машины и снижает эффективность ее работы при машинной заготовке лесоматериалов на лесосеке.

Кроме того? выполнение кинематической связи секций рукояти в виде шарнирного соединения и гидроцилиндра управления ухудшает эксплуатационные характеристики машины по ее устойчивости, т.к. при работе манипулятора в режиме выноса срезанного дерева из зоны его резания ствол дерева вертикально ориентируется, при этом увеличиваются динамические нагрузки на машину и ухудшаются ее экологические параметры.

Таким образом, ни техническое решение [1], ни техническое решение [2] не обеспечивают эффективной работы ЛЗМ в широком спекторе технологических операций по заготовке лесоматериалов с учетом соблюдения лесохозяйственных требований по сохранению подроста на лесосеке, причем известные ЛЗМ конструктивно сложны, металлоемки, энергоемки и эксплуатационно ненадежны. Известное техническое решение [2] наиболее близко по совпадающим конструктивным признакам к заявляемому устройству и выбрано в качестве его прототипа.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности работы лесозаготовительной машины путем расширения ее технологических возможностей по заготовке лесоматериалов на лесосеке с соблюдением лесохозяйственных требований по сохранению подроста, путем снижения металлоемкости, энергоемкости и повышения эксплуатационной надежности машины.

Для достижения поставленной технической задачи в лесозаготовительной машине, содержащей самоходное шасси с кабиной оператора и технологическим оборудованием, имеющим гидроманипулятор, рукоять которого выполнена из кинематически связанных между собой секций, на концевой части крайней из которых расположено захватно-срезающее устройство в виде стойки с поярусно установленными захватами и пильным аппаратом со стороны нижнего из них и шарнирно соединенная с упомянутой частью секции опора для взаимодействия с грунтом, кинематически связанная со стойкой, а последняя - с названной частью секции рукояти с возможностью поворота в вертикальной плоскости посредством гидроцилиндра в направлении рукояти, которая снабжена дополнительным захватом для укладки дерева при наклоне его захватно-срезающим устройством в указанном направлении, согласно изобретения в лесозаготовительной машине предложено стойку захватно-срезающего устройства снабдить кронштейнами, которые расположены с тыльной стороны названной стойки в зоне ее нижнего торца и шарнирно соединены с концевой частью крайней секции рукояти, предложено ось поворота указанного соединения сместить относительно продольной оси рукояти в зону тыльной ее поверхности, обращенной к стреле манипулятора, и расположить ее перед и выше оси поворота шарнирного соединения опоры с соответствующей секцией рукояти, при этом поверхности кронштейнов, обращенные к упомянутой оси соединения опоры, выполнены с криволинейными участками для кинематической связи стойки захватно-срезающего устройства с опорой при контакте последней с грунтом, при этом предложено рукоять манипулятора снабдить механизмом продольного перемещения ствола дерева, который выполнен в виде телескопического соединения секций рукояти, обеспечивающего их кинематическую взаимосвязь, причем дополнительный захват расположен на неподвижной секции этого соединения и снабжен ножевым контуром.

Совокупность конструктивных признаков, реализуемых в заявляемом техническом решении, функционально взаимоувязаны между собой и обеспечивают достижение технического результата по расширению технологических возможностей лесозаготовительной машины, обеспечивающей заготовку лесоматериалов на лесосеке в условиях сохранения подроста на ней, а также по повышению эксплуатационной надежности машины, снижению ее металлоемкости и энергоемкости, что и подтверждается ниже приведенным описанием изобретения.

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2, где на:
фиг. 1 - показан общий вид лесозаготовительной машины (с учетом осуществляемых ее технологических операций);
фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, участок А.

Лесозаготовительная машина (ЛЗМ) содержит самоходное шасси, преимущественно с колесной ходовой частью 1, кабиной оператора 2 и технологическим оборудованием. В состав технологического оборудования входит гидроманипулятор 3, захватно-срезающее устройство 4. Колонна 5 гидроманипулятора установлена на поворотном в горизонтальной плоскости устройстве 6, которое при варианте выполнения лесозаготовительной машины с колесной ходовой частью расположено за кабиной оператора 2 между задними колесами машины. Захватно-срезающее устройство 4 имеет стойку 7 с поярусно расположенными захватами 8 и 9, со стороны нижнего из которых расположен пильный аппарат 10. Рукоять 11 манипулятора выполнена из кинематически соединенных между собой секций 12, 13, на концевой части крайней 13 из которых расположено упомянутое устройство 4 и соединенная посредством шарнира 14 опора 15 для взаимодействия с грунтом. Стойка 7 захватно-срезающего устройства кинематически связана с концевой частью секции 13 с возможностью поворота в вертикальной плоскости посредством гидроцилиндра 16 в направлении рукояти 11. Названная кинематическая связь стойки 7 с секцией 13 обеспечена кронштейнами 17 стойки, которые расположены с тыльной ее стороны в зоне нижнего торца и соединены с концевой частью секции 13 шарнирами 18, оси поворота которых смещены относительно продольной оси I-I рукояти в направлении тыльной поверхности последней, обращенной к стреле 19 манипулятора. Оси поворота шарниров 18 расположены перед и выше оси поворота шарнира 14. Поверхности кронштейнов 17, обращенные к оси поворота соединения 14, имеют криволинейные участки 20, обеспечивающие кинематическую связь стойки 7 с опорой 15 при контакте последней с грунтом, рукоять 11 манипулятора имеет дополнительный захват 21 для укладки в него срезанного дерева при наклоне последнего посредством захватно-срезающего устройства в направлении рукояти, при этом указанный захват 21 снабжен ножевым контуром (на чертежах не показан), а рукоять манипулятора оснащается механизмом продольного перемещения дерева вдоль ее оси, который преимущественно выполняется в виде телескопического соединения секций 12, 13 рукояти, обеспечивающего кинематическую взаимосвязь секций между собой. При этом захват 21 расположен на неподвижной секции 12 указанного соединения.

Выбранная кинематическая связь секций 12 и 13 в виде телескопического соединения реализует технологические возможности машин в части объема древостоя с одной стоянки машины за счет увеличения длины вылета манипулятора, в части обеспечения обрезки сучьев со ствола дерева и сортиментной его раскряжевки при наклонном положении последнего, а также в части маневрирования машины в условиях выноса срезанного дерева из зоны его срезания в наиболее выгодную зону лесосеки с учетом сохранения подроста на ней, при этом процесс выноса дерева осуществляется при наклонном его положении с учетом регулирования центра его тяжести относительно центра тяжести машины, что улучшает ее эксплуатационные характеристики по устойчивости.

Лесозаготовительная машина имеет также гидросистему с гидроцилиндрами управления 22, 23, 24, расположение которых оптимизировано с учетом осуществляемых технологических операций. Зоны подсоединения гидроцилиндра 16 к стойке 7 и секции 13 рукояти соответственно расположены с тыльной стороны стойки 7 в зоне ее верхнего захвата 8 и со стороны поверхности 25 рукояти в зоне ее торца. При таком расположении зон подсоединения гидроцилиндра 16 обеспечиваются оптимальная работа захватно-срезающего устройства в режиме его наведения на ствол стоящего дерева, а также оптимизируется положение стойки 7 относительно поверхности 25 секции 13 рукояти при наклонном положении срезанного дерева вдоль продольной оси I-I. В последнем случае обращенные друг к другу поверхности стойки и рукояти преимущественно совмещаются, что улучшает условия ориентации ствола относительно оси I-I и захвата 21.

Колесное шасси лесозаготовительной машины оснащается также поворотными аутригерами 26, а также гидроцилиндрами управления захватов (не показаны).

При работе лесозаготовительной машины захватно-срезающее устройство 4 посредством гидроманипулятора (его стрелы, колонны и рукояти) и кронштейнов 17 стойки, управляемой гидроцилиндром 16, наводится и ориентируется на ствол стоящего дерева, подлежащего срезанию. Осуществляют срезание дерева пильным аппаратом 10, который затем отводится в заданное положение, при этом ствол срезанного дерева размещается между захватами 8, 9 устройства 4. В процессе наведения устройства 4 на ствол дерева и срезании опора 15 взаимодействует с грунтом, а криволинейные участки 20 кронштейнов 17 кинематически замкнуты с осью шарнира 14 этой опоры, что обеспечивает устойчивость ее положения при контакте с грунтом и передачу на нее части силовых нагрузок со стороны захватно-срезающего устройства, взаимодействующего с деревом при его срезании. В этом режиме работы ЛЗМ опора 15, контактирующая с грунтом, стабильно принимает и передает силовые нагрузки на грунт вследствие кинематической замкнутости ее оси поворота с криволинейными участками кронштейнов 17 стойки 7 устройства 4, что уменьшает силовые нагрузки на манипулятор и на ЛЗМ в целом, повышается эксплуатационная надежность ЛЗМ.

При дальнейшем технологическом режиме работы машины гидроцилиндр управления 16 осуществляет поворот захватно-срезающего устройства в вертикальной плоскости в направлении рукояти манипулятора совместно со срезанным деревом, находящимся в захватах 8, 9 устройства 4. В этом случае криволинейные участки 20 кронштейнов 17 кинематически размыкаются относительно оси шарнира 14 опоры 15, а последняя под действием действующих при наклоне дерева силовых нагрузок контактирует с грунтом и передает на него часть силовых нагрузок, уменьшая их воздействие на рукоять манипулятора при наклоне срезанного дерева в направлении последней и при укладке его в захват 21. После укладки дерева в захват 21 с учетом лесохозяйственных требований, в частности по определению зоны пакетирования лесоматериалов или/и по условиям наличия подроста в зоне срезания дерева или/и по другим условиям, производится вынос срезанного дерева, находящегося на рукояти манипулятора в заданную по лесохозяйственным требованиям зону. Вынос дерева в заданную технологическую зону обеспечивается перемещением ЛЗМ, ее манипулятора, в частности, за счет телескопического соединения секций 12, 13 его рукояти. При перемещении секций 12, 13 рукояти манипулятора регулируется положение срезанного дерева (находящегося на рукояти между захватами 21, 8, 9) по высоте с учетом имеющегося на лесосеке подроста и расположения кроны близ стоящих деревьев, а также положение дерева, его центра тяжести, относительно центра тяжести лесозаготовительной машины, что в целом повышает эффективность работы последней путем улучшения ее технических показателей по устойчивости работы и технологических показателей по экологическим требованиям. В процессе выноса дерева из зоны его срезания в заданную зону дальнейшей технологической обработки при телескопическом соединении секций 12 и 13 с учетом перемещения их, а следовательно, захватов 8, 9 относительно захвата 21, расположенного на неподвижной секции 12 названного соединения, одновременно осуществляется частичная обрезка сучьев со срезанного дерева, расположенного между упомянутыми захватами, и отмер длины сортимента, что способствует повышению производительности технологического процесса, осуществляемого ЛЗМ. Дальнейший технологический режим работы машины осуществляется после выноса срезанного дерева в заданную технологическую зону при наклонном положении этого дерева, ориентированного вдоль продольной оси рукояти, при этом производится посредством пильного аппарата 10 раскряжевка дерева (его ствола) с учетом уже отмеренной длины сортимента и сброс последнего на грунт в заданную технологическую зону. В дальнейшем технологический процесс обрезки сучьев, отмера длин сортиментов и раскряжевка продолжаются при телескопическом выдвижении секции 13 с захватно-срезающим устройством 4 относительно секции 12 с находящимся на ней захватом 21, имеющим ножевой контур. Процесс обрезки сучьев со ствола дерева и его раскряжевка с учетом отмеренной длины сортимента осуществляются одновременно, что повышает производительность процесса заготовки лесоматериалов на лесосеке и улучшает эффективность работы ЛЗМ.

При выносе дерева из зоны его срезания в заданную зону дальнейшей технологической обработки и пакетирования, а также при технологической обработке находящегося на рукояти ствола дерева опора 15 выходит из взаимодействия с грунтом и занимает ориентированное (под действием веса) по вертикали положение, не препятствующее перемещению ствола дерева в направлении продольной оси I-I рукояти с учетом технологических воздействий на него со стороны захватов (8, 9, 21) и секций 12, 13 рукояти.

Таким образом, при выполнении лесозаготовительной машины, в соответствии с изобретением, повышается эффективность ее работы:
за счет расширения технологических возможностей - увеличение длины вылета гидроманипулятора с учетом лесохозяйственных требований по вырубке леса; сортиментная заготовка лесоматериалов на лесосеке; соблюдение лесохозяйственных требований по сохранению подроста и кроны стоящих деревьев;
за счет повышения производительности путем совмещения осуществляемых лесозаготовительной машиной технологических операций;
за счет повышения его эксплуатационной надежности путем уменьшения силовых воздействий на узлы и детали машины при взаимодействии ее с деревом и путем повышения ее устойчивости при эксплуатации.

Изобретение может быть использовано при машинной заготовке лесоматериалов в условиях сплошной и выборочной вырубки леса с сохранением подроста. Лесозаготовительная машина содержит колесное самоходное шасси, на котором смонтирован гидроманипулятор с захватно-срезающим устройством. Рукоять манипулятора выполнена из кинематически соединенных между собой посредством телескопического соединения секций. Захватно-срезающее устройство имеет стойку 7 с захватами 8, 9 и пильным аппаратом 10. Стойка 7 снабжена кронштейнами 17, которые расположены с тыльной стороны стойки, в зоне нижнего ее торца. Кронштейны 17 соединены с концевой частью крайней секции 13 рукоятки посредством шарниров 18, оси поворота которых смещены относительно продольной оси рукояти в направлении тыльной поверхности последней. С концевой частью секции 13 посредством шарнира 14 соединена опора 15 для взаимодействия с грунтом. Оси шарниров 18 расположены перед и выше оси поворота шарнира 14. Поверхности кронштейнов 17, обращенные к оси шарнира 14, имеют криволинейные участки 20 для кинематического взаимодействия захватно-срезающего устройства с опорой 15 при контакте последней с грунтом. На неподвижной секции телескопического соединения расположен дополнительный захват, имеющий ножевой контур. Лесозаготовительная машина имеет высокую эффективность при заготовке лесоматериалов на лесосеке за счет ее технологических возможностей по разработке значительных площадей лесосек с одной стоянки машины, соблюдения экологических требований, обеспечения сортиментной заготовки лесоматериалов, лесозаготовительная машина высокопроизводительна и эксплуатационно надежна. 2 ил.

Лесозаготовительная машина, содержащая самоходное шасси с кабиной оператора и технологическим оборудованием, имеющим гидроманипулятор, рукоять которого выполнена из кинематически связанных между собой секций, на концевой части крайней из которых установлено захватно-срезающее устройство в виде стойки с поярусно расположенными захватами и пильным аппаратом со стороны нижнего из них, а также шарнирно соединенная с этой частью названной секции опора для взаимодействия с грунтом, которая кинематически связана со стойкой, а последняя - с упомянутой частью секции рукояти с возможностью поворота в вертикальной плоскости посредством гидроцилиндра в направлении рукояти, причем последняя снабжена дополнительным захватом для укладки дерева при его наклоне захватно-срезающим устройством, отличающаяся тем, что стойка захватно-срезающего устройства снабжена расположенными с тыльной ее стороны в зоне нижнего торца кронштейнами, которые шарнирно соединены с концевой частью крайней секции рукоятки, при этом ось поворота названного соединения смещена относительно продольно продольной оси рукояти в зону тыльной поверхности последней, обращенной к стреле манипулятора, и расположена перед и выше оси поворота шарнирного соединения опоры с указанной частью этой секции, опора и стойка кинематически связаны между собой посредством выполненных на кронштейнах со стороны их, обращенной к оси шарнирного соединения опоры с секцией рукояти, криволинейных участков, взаимодействующих с названной осью при контакте опоры с грунтом, причем рукоять манипулятора снабжена механизмом продольного перемещения дерева вдоль ее оси, который выполнен в виде телескопического соединения секций рукояти обеспечивающего кинематическую связь последних между собой, на неподвижной секции названного соединения расположены дополнительный захват, который снабжен ножевым контуром.