ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНАЯ МАШИНА Российский патент 2003 года по МПК A01G23/08 A01G23/81 A01G23/83 

Изобретение относится к лесной промышленности и может быть использовано в лесозаготовительных машинах при заготовке древесины как при сплошной рубке леса, так и при выборочной.

Известны лесозаготовительные машины, содержащие самоходные шасси и устанавливаемые на них технологическое оборудование (см. например, пат. US 4779654, кл. 144-338, от 1987 г., пат. 3797541, кл. 144-3 от 1974 г., пат. 4540032, кл. 144-3 от 1985 г.; пат. SE 459222, кл. A 01 G 23/08, 1986 г.; пат. RU 2121266, кл. A 01 G 23/08 от 1998 г.).

В техническом решении по пат. US 4779654 предложена машина, на колесной полураме которой смонтировано рычажно-управляемое устройство, на котором через поворотный механизм установлен корпус рабочей головки, имеющей захватно-срезающие рабочие органы, режущий аппарат. Наведение рабочего органа осуществляется на дерево сбоку предпочтительно путем поворота полурамы шарнирно-сочлененного колесного шасси. После срезания корпус рабочей головки с деревом переводится в горизонтальное положение, при котором осуществляется его обработка. Перевод дерева в горизонтальное положение производится посредством поворота корпуса рабочей головки в поперечно-вертикальной плоскости.

Однако при таком конструктивном исполнении машины имеют место значительные статические и динамические нагрузки на шарнирные соединения технологических узлов машины от гравитационных сил, действующих со стороны срезанного дерева.

Полученные в процессе обработки срезанного дерева сортименты размещаются сбоку или/и по ходу движения машины, что затрудняет ее маневренность, усложняется последующий сбор сортиментов.

В техническом решении по пат. SE 459222 предлагается машина, в которой гидроманипулятор установлен на поворотной платформе. На рукояти манипулятора через механизм наведения установлен корпус рабочей головки, имеющей режущий аппарат, захватно-срезающие рабочие органы. Ось поворота механизма наведения корпуса горизонтально-перпендикулярна относительно продольной оси колесного шасси. Шасси машины имеет высокий клиренс.

В данном техническом решении перевод дерева в горизонтальное положение после его срезания производится при повороте корпуса рабочей головки по направлению хода машины. Обработка срезанного дерева при горизонтальном его положении осуществляется в направлении продольной оси машины с расположением полученных сортиментов под шасси, что при пакетировании может привести к повреждению колесной базы машины.

Для обеспечения указанного технологического режима работы предусмотрено выполнение гидроманипулятора с П-образной стрелой, охватывающей кабину оператора, что увеличивает материалоемкость машины.

Осуществляемый при реализации данного технического решения технологический процесс эффективен только при выборочной рубке леса, но в этом случае усложняется процесс погрузки древесины при вывозке ее с лесосеки.

В технических решениях - пат. US 3797541, 4540032 и пат. RU 2121266 - предложены лесозаготовительные машины, имеющие в составе технологического оборудования платформу с кониками для накопления полученных при обработке срезанного дерева сортиментов или средство для приема полученных в результате обработки срезанного дерева лесоматериалов.

Так, лесозаготовительная машина (пат. US 3797541) имеет расположенный на передней колесной полураме гидроманипулятор с рабочей головкой. Колонна манипулятора расположена в передней части шасси, имеет вертикально-ориентированную ось поворота и стрелу, на свободном конце которой установлен через механизм наведения корпус рабочей головки. В состав технологического оборудования машины входит накопитель, расположенный на шасси за кабиной оператора. Предлагаемая по данному техническому решению машина выполнена в варианте монтажа технологического оборудования на колесном шасси с шарнирно-сочлененными полурамами с гидроманипулятором на передней полураме и накопитель на задней колесной полураме. Срезание дерева осуществляют сбоку от продольно-вертикальной плоскости симметрии машины, обработка срезанного дерева производится в горизонтальном полуподвешенном его положении с направленной подачей сортиментов в платформу-накопитель.

Однако при реализации данного технического решения эксплуатационная надежность машины особенно при срезании и обработке крупномерных деревьев снижается. Значительная материалоемкость гидроманипулятора снижает эффективность машины по ее рейсовой нагруженности, что существенно в условиях вывозки сортиментов.

В решении по пат. US 4540032 предложена лесозаготовительная машина, в которой средство для накопления лесоматериалов выполнено в виде расположенного на задней полураме колесного шасси коника, а в решении по пат. RU 2121266 машина снабжена приемной платформой, обеспечивающей последующий сброс лесоматериалов.

Однако при реализации данных технических решений при работе лесозаготовительных машин в режиме перевода срезанного дерева в горизонтальное положение и при его обработке силовые динамические нагрузки снижают эксплуатационную надежность, повышается материалоемкость и энергоемкость машин.

В качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения выбрано техническое решение по пат. US 3797541.

Данное решение наиболее близко к заявляемому по совокупности конструктивных признаков и их взаимосвязи.

Технической задачей изобретения является создание лесозаготовительной машины с высокой эксплуатационной надежностью, достигаемой в том числе за счет снижения нагрузок от срезанного дерева на основные технологические узлы машины.

Задача изобретения состояла в создании технологически эффективной по материало- и энергоемкости лесозаготовительной машины, соответствующей также экологическим требованиям при разработке лесосек.

Для решения поставленной технической задачи предложена лесозаготовительная машина, содержащая самоходное шасси с кабиной оператора в передней части шасси и технологическим оборудованием, в состав которого входит поворотная колонна и стрела, на свободном конце которой через механизм наведения установлен корпус рабочей головки с верхними и нижними захватно-срезающими рычагами и накопитель, расположенный за кабиной оператора в задней части шасси, при этом поворотная колонна установлена в передней части шасси, ось ее поворота расположена в продольно-вертикальной плоскости симметрии шасси или в параллельной ей плоскости под острым углом к плоскости, им перпендикулярной, причем ось поворота колоны с продольной осью ближней к ней части стрелы составляет прямой угол.

Согласно изобретению величина острого угла ориентировочно составляет 45^o.

Согласно изобретению самоходное шасси имеет гусеничный движитель.

Согласно изобретению кабина оператора, поворотная колонна и накопитель установлены на поворотной платформе-основании шасси с гусеничным движителем.

Согласно изобретению шасси машины снабжено расположенной перед кабиной оператора промежуточной опорой, а поворотная колонна установлена на ней.

Согласно изобретению шасси машины снабжено расположенной сбоку от кабины оператора промежуточной опорой, а поворотная колонна установлена на ней.

Согласно изобретению машина снабжена установленным на шасси перед кабиной оператора управляющим механизмом поперечного смещения колонны или опоры.

Согласно изобретению механизм поперечного смещения колонны или опоры выполнен в виде шарнирного параллелограмма, на передней поперечине которого размещена опора, при этом оси поворота указанного параллелограмма ориентированы вертикально или горизонтально-продольно.

Согласно изобретению накопитель выполнен в виде платформы-накопителя или коника.

Согласно изобретению стрела выполнена телескопической, на выдвижной секции которой установлен механизм наведения корпуса рабочей головки.

Согласно изобретению корпус рабочей головки имеет нижнюю выдвижную секцию, на которой установлены режущий аппарат и нижние захватно-срезающие рычаги.

При реализации изобретения повышается эксплуатационная надежность машины за счет перераспределения действующих на поворотную колонну силовых динамических нагрузок от массы срезанного дерева. Снижение нагрузок обеспечивается за счет предложенного расположения поворотной колонны относительно шасси машины. Снижение силовых нагрузок позволяет уменьшить материало- и энергозатраты по основному технологическому оборудованию (поворотная колонна, стрела), что увеличивает общую грузоподъемность машины, технологически необходимую для повышения рейсовой нагруженности.

При реализации изобретения осуществляется благоприятный по экологическим требованиям режим перевода срезанного дерева из одного положения в другое. Режим перевода дерева из зоны его срезания осуществляется в зону, свободную от стоящих деревьев.

При анализе известного уровня техники не выявлены технические решения, имеющие совокупность существенных признаков, аналогичную заявляемому техническому решению, что свидетельствует о наличии новизны и изобретательского уровня. Заявляемое техническое решение промышленно применимо, что подтверждается также и известным уровнем техники.

Заявляемое техническое решение может быть реализовано при различных вариантах ходовых систем самоходного шасси: гусенично-экскаваторного, гусеничного и колесного.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на:
фиг. 1 показан вариант лесозаготовительной машины с использованием колесного шасси с шарнирно-сочлененными полурамами для монтажа технологического оборудования;
фиг. 2 - вариант лесозаготовительной машины с использованием гусенично-экскаваторного шасси для монтажа технологического оборудования;
фиг. 3 и 4 - варианты лесозаготовительных машин с использованием гусеничного шасси для монтажа технологического оборудования;
фиг. 5 и 6 - варианты кинематических схем управляющего механизма поперечного смещения.

Лесозаготовительная машина в вариантах ее исполнения на колесном, гусеничном или гусенично-экскаваторном шасси содержит:
- размещаемую на самоходном шасси поворотную колонну 1 со стрелой 2, на свободном конце нижней части которой размещен управляемый механизм наведения 3 корпуса 4 рабочей головки 5. Колонна 1 расположена перед кабиной оператора 6 над ходовой системой машины. Ось поворота колонны 1 расположена в продольно-вертикальной плоскости симметрии 1-1 шасси машины или в параллельной ей плоскости. Указанная ось поворота колонны 1 отклонена в направлении от кабины оператора и от перпендикулярной к названной плоскости 1-1 плоскости, например вертикально-поперечной 2-2 под острым углом α. Величина острого угла α ориентировочно равна 45^o. Величина угла α оптимальна: с учетом кинематики поворота колонны, обеспечивающей поворот стрелы 2 для перевода корпуса рабочей головки из вертикально-ориентированного положения в горизонтально-ориентированное, соответствующее режиму обработки срезанного дерева; величины вылета стрелы 2 относительно шасси и рабочего расстояния между кабиной оператора, накопителем 7 и корпусом головки 5 в режиме ее горизонтально-ориентированного положения. Поворотная колонна 1 взаимоувязана с ближайшей к ней частью стрелы 2, при этом между осью поворота колонны и продольной осью этой части стрелы образован предпочтительно прямой угол β. Уменьшение или увеличение указанной величины угла β приведет к изменению положения как стрелы, так и размещенного на ее нижней части корпуса рабочей головки относительно шасси машины и ее накопителя;
- размещаемую на шасси машины перед кабиной оператора 6 или сбоку от нее промежуточную опору 8, на которой установлена поворотная колонна 1. Наличие промежуточной опоры 8 облегчает монтажно-демонтажные работы по установке поворотной колонны и системы ее поворота, в том числе управляющих гидроцилиндров 9;
- размещаемый на шасси машины перед кабиной оператора 6 управляющий механизм 10, на котором устанавливают поворотную колонну 1 или предназначенную для ее монтажа опору 8. Указанный механизм 10 предназначен для поперечного смещения колонны 1 или опоры 8 с колонной 1 относительно продольной оси шасси, что улучшает процесс манипулирования стрелой, рабочей головкой 5 относительно стоящих деревьев, подлежащих срезанию, а также процесс отрыва головки с ее срезающим аппаратом от плоскости реза. Управляющий механизм 10 может иметь различную конструкцию. Предложен вариант указанного механизма в виде шарнирно-рычажного параллелограмма 11 (показано на фиг. 5 и 6). В вариантах выполнения управляющего механизма 10 в виде шарнирного параллелограмма 11 продольно-ориентированные рычаги 12 последнего через шарнирные соединения устанавливают на раме 13 самоходного шасси. На поперечине 14, соединяющей свободные концы рычагов 12, размещают колонну 1 с ее системой привода или опору 8 со смонтированной на ней колонной 1. Управляющее воздействие на рычаги 12 указанного механизма осуществляется, например, гидроцилиндром 15 (фиг. 6). Оси шарнирных соединений параллелограмма ориентированы в вертикальном направлении (фиг. 1, 2 и 5) или в горизонтально-продольном направлении (фиг. 4 и 6). Первый из указанных вариантов ориентации осей поворота шарнирного параллелограмма 11 предпочтителен при варианте выполнения самоходного шасси лесозаготовительной машины с шарнирно-сочлененными колесными полурамами 16, 17, а также в варианте выполнения машины с экскаваторным гусеничным шасси 18. Второй из указанных вариантов ориентации осей поворота шарнирного параллелограмма 11 предпочтителен при выполнении машины с гусеничным шасси 19, имеющего кабину оператора 6, ориентировочно расположенную в плоскости симметрии шасси (фиг. 3). При таком варианте выполнения лесозаготовительной машины обеспечивается беспрепятственный перевод срезанного дерева в горизонтальное положение над кабиной оператора;
- рабочую головку 5, на корпусе 4 которой размещены: срезающий аппарат 20, например пильный или дисковый, нижние захватные 21 и верхние 22 захватно-срезающие рычаги. Рабочая головка 5 может быть иметь механизм непрерывного протаскивания дерева, например вальцовый (фиг. 5). Корпус рабочей головки предпочтительно выполнен из телескопических звеньев, неподвижное из которых соединено через механизм наведения со свободным концом нижней части стрелы 2, на выдвижном звене указанного корпуса размещены срезающий аппарат 20 и нижние захватные рычаги 21, что обеспечивает процесс резания комлевой части стоящего дерева с учетом уклонов грунтовых поверхностей. Рабочая головка 5 оснащена гидродвигателями управления захватно-срезающих рычагов, режущего аппарата, протаскивающего механизма, системой отмера длины отпиливаемых сортиментов. Возможно конструктивное исполнение рабочей головки 5 в варианте циклического действия. Описанные конструктивные варианты выполнения рабочих головок традиционно соответствуют известным типам харвестерных головок;
- накопитель 7, расположенный в задней части шасси за кабиной оператора. В варианте монтажа технологического оборудования на колесном шасси и предпочтительно при выполнении последнего из шарнирно-сочлененных между собой полурам 16, 17 накопитель 7 выполнен в виде платформы 23, грузовой отсек которой образован симметрично расположенными относительно продольной оси платформы кониками (фиг. 1). В варианте монтажа технологического оборудования на гусенично-экскаваторном шасси (фиг. 2) накопитель 7 образован грузовым отсеком, коники которого размещены на поворотной платформе 24 указанного шасси и поперечно смещены относительно его силовой установки 25. В варианте монтажа технологического оборудования на гусеничном шасси (фиг. 3 и 4) накопитель 7 выполнен в виде коников 26, которые размещают в задней части гусеничного шасси за кабиной оператора. В последнем случае лесозаготовительные машины работают в технологическом режиме хлыстовой или полухлыстовой заготовки древесины.

Стрела 2 в предлагаемых вариантах лесозаготовительных машин может иметь телескопическое исполнение с выдвижной балкой 27, на которой установлен механизм наведения корпуса рабочей головки. При данном варианте выполнения стрелы 5 улучшаются, в частности, условия загрузки накопителя сортиментами или полухлыстами, а также оптимизируется режим транспортного переезда машины и режим перемещения ее с одной позиции на другую для срезания деревьев.

Лесозаготовительные машины, представленные на фиг. 2-4, предпочтительно работают в режиме сплошной рубки леса. Лесозаготовительная машина колесного типа (фиг. 1) может осуществлять срезание деревьев и их обработку как в режиме сплошной рубки леса, так и при выборочных рубках.

Лесозаготовительная машина работает следующим образом.

При подъезде машины к ближайшему дереву осуществляют наведение рабочей головки на комлевую часть стоящего дерева с учетом высоты предполагаемого среза, уклона местности, наклонности дерева относительно вертикали. Для осуществления этой технологической операции могут быть использованы: управляющий механизм 10, механизм наведения 3, выдвижение балки 27 и/или выдвижение звена корпуса 4 головки 5. Процессы управления по кинематическому перемещению названных элементов осуществляются с использованием традиционно известных для этих целей механизмов - гидродвигателей. В вариантах выполнения лесозаготовительной машины в соответствии с фиг. 1 или 2 при наведении головки 5 на стоящее дерево предусматривается маневрирование колесного шасси или поворот основания - платформы шасси. В процессе наведения корпуса рабочей головки производят захват дерева рычагами 21 и 22, последующее срезание при управляющем воздействии на режущий аппарат головки. После срезания дерева последнее сдвигается с пня и в случае необходимости перемещается в зону, удобную для последующего поворота срезанного дерева в положение, соответствующее его обработке. Перевод рабочей головки с удерживаемым стволом дерева в положение, соответствующее его обработке, осуществляют путем поворота колонны 5 со стрелой 2 на 180^o, при этом ствол срезанного дерева из вертикально-ориентированного положения переходит в горизонтально-ориентированное положение с соответствующей ориентацией корпуса рабочей головки. При горизонтально-ориентированном положении ствола дерева комлевая часть его обращена к накопителю, вершинная часть в противоположную сторону, т.е. в зону передней части машины.

В процессе поворота колонны происходит поворот стрелы по участку криволинейной траектории, в частности по полуокружности, в направлении от нижнего крайнего ее положения, соответствующего положению корпуса рабочей головки при резе дерева, в крайнее верхнее, соответствующее горизонтально-продольной ориентации стрелы в зону накопителя машины при положении корпуса головки, создающей режим обработки срезанного дерева. Описываемая концом стрелы криволинейная траектория расположена в поперечной плоскости, которая ориентирована к горизонтальной плоскости под углом α. Радиус кривизны описываемой траектории равен вылету "Н" стрелы (между зонами соединения стрелы с колонной и последней с корпусом головки). Одновременно корпус рабочей головки с нижней частью ствола дерева описывают при указанном повороте стрелы участок поверхности вращения, в частности участок боковой поверхности конуса, вершина которого расположена на пересечении оси поворота колонны и продольной оси симметрии рабочей головки при крайних положениях стрелы. Вершинная часть срезанного дерева и участок его ствола, расположенный над указанной вершиной участка конической поверхности при повороте стрелы, образуют другой участок конической поверхности с вершиной его в зоне предыдущего указанного участка, основание этой второй поверхности образуется в зоне вершины ствола срезанного дерева при указанном повороте стрелы. Описываемая вершиной срезанного дерева и частью его ствола поверхность вращения условно расположена со стороны продольно-вертикальной плоскости 1-1, противолежащей условному расположению относительно указанной плоскости первой поверхности вращения, описываемой стрелой, корпусом головки и нижней комлевой частью ствола срезанного дерева. Таким образом, действующие на ось поворота колонны нагрузки как со стороны массы срезанного дерева, так и со стороны масс стрелы корпуса рабочей головки перераспределяются по обе стороны относительно продольно-вертикальной плоскости 1-1, в которой размещена колонна, а также по противолежащим направлениям относительно оси поворота колонны, что в целом снижает динамические нагрузки на последнюю. Дерево при обработке находится в подвешенном положении над машиной, не касаясь почвы лесосеки, что положительно сказывается на сохранности растительности. Центр массы дерева в процессе его перевода из одного положение в другое не выходит за габариты машины по ее ширине, что положительно сказывается на ее устойчивости машины при валке и обработке дерева.

Снижение в процессе эксплуатации машины динамических нагрузок на поворотную колонну позволяет уменьшить металлоемкость последней при проектировании машины, повышается эксплуатационная надежность, уменьшаются энергозатраты. Уменьшение материалоемкости основного технологического оборудования машины позволяет повысить ее грузоподъемность, технологически необходимую для повышения рейсовой нагруженности при вывозке полученных в результате обработки срезанного дерева лесоматериалов, например сортиментов. Обработка срезанного дерева рабочей головкой при горизонтальном его положении осуществляется в режиме традиционной работы харвестерных головок непрерывного или циклического действия.

Изобретение относится к лесной промышленности и может быть использовано в лесозаготовительных машинах при заготовке древесины как при сплошной рубке леса, так и при выборочной. Лесозаготовительная машина содержит самоходное шасси с кабиной оператора в передней части шасси и технологическое оборудование, в состав которого входит поворотная колонна со стрелой, на свободном конце которой через механизм наведения установлен корпус рабочей головки с захватно-срезающими рычагами, и накопитель, расположенный за кабиной оператора в задней части шасси. Поворотная колонна установлена на шасси перед кабиной оператора, ось поворота колонны расположена в продольно-вертикальной плоскости симметрии шасси или в параллельной ей плоскости под острым углом α к плоскости, ей перпендикулярной. Ось поворота колоны с продольной осью ближней к ней части стрелы составляют прямой угол. Величина острого угла α между вертикалью и осью поворота колонны ориентировочно составляет 45^o. Заявляемое техническое решение может быть реализовано при различных вариантах ходовых систем самоходного шасси: гусенично-экскаваторного, гусеничного и колесного. Это позволит повысить эксплуатационную надежность, достигаемую за счет снижения нагрузок от срезанного дерева на основные технологические узлы машины. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Лесозаготовительная машина, содержащая самоходное шасси с кабиной оператора в передней части шасси и технологическим оборудованием, в состав которого входит поворотная колонна и стрела, на свободном конце которой через механизм наведения установлен корпус рабочей головки с режущим аппаратом и верхними и нижними захватно-срезающими рычагами, и накопитель, расположенный за кабиной оператора в задней части шасси, отличающаяся тем, что поворотная колонна установлена в передней части шасси, ось ее поворота расположена в продольно-вертикальной плоскости симметрии шасси или в параллельной ей плоскости под острым углом к плоскости, им перпендикулярной, при этом ось поворота колонны с продольной осью ближней к ней части стрелы составляет прямой угол. 2. Лесозаготовительная машина по п.1, отличающаяся тем, что величина острого угла ориентировочно составляет 45^o. 3. Лесозаготовительная машина по п.1, отличающаяся тем, что самоходное шасси имеет гусеничный движитель. 4. Лесозаготовительная машина по п.3, отличающаяся тем, что кабина оператора, поворотная колонна и накопитель установлены на поворотной платформе-основании шасси с гусеничным движителем. 5. Лесозаготовительная машина по п.1, отличающаяся тем, что шасси машины снабжено расположенной перед кабиной оператора промежуточной опорой, а поворотная колонна установлена на ней. 6. Лесозаготовительная машина по п.1, отличающаяся тем, что шасси машины снабжено расположенной сбоку от кабины оператора промежуточной опорой, а поворотная колонна установлена на ней. 7. Лесозаготовительная машина по п.5 или 6, отличающаяся тем, что машина снабжена установленным на шасси перед кабиной оператора управляющим механизмом поперечного смещения колонны или опоры. 8. Лесозаготовительная машина по п.7, отличающаяся тем, что механизм поперечного смещения колонны или опоры выполнен в виде шарнирного параллелограмма, на передней поперечине которого размещена опора, при этом оси поворота указанного параллелограмма ориентированы вертикально или горизонтально-продольно. 9. Лесозаготовительная машина по п.1, отличающаяся тем, что накопитель выполнен в виде платформы-накопителя или коника. 10. Лесозаготовительная машина по п.1, отличающаяся тем, что стрела выполнена телескопической, на выдвижной секции которой установлен механизм наведения корпуса рабочей головки. 11. Лесозаготовительная машина по п.1, отличающаяся тем, что корпус рабочей головки имеет нижнюю выдвижную секцию, на которой установлены срезающий аппарат и нижние захватно-срезающие рычаги.