Тенденции развития современного российского лесного машиностроения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тенденции развития современного лесного машиностроения

И.Р. Шегельман

В.И. Скрыпник

А.В. Кузнецов

В последние годы в лесозаготовительной промышленности происходит переход от традиционной технологии заготовки леса в хлыстах или в деревьях, господствующей в СССР и России с 50-х годов 20-го столетия, на технологию заготовки и вывозки леса в сортиментах. Такой переход обусловлен кардинальными структурными изменениями в лесозаготовительной отрасли: преобладанием объемов заготовки мелкими лесозаготовительными предприятиями, работающими на условиях субподряда и не имеющих нижних складов, а также упрощением технологических схем работы при заготовке леса в сортиментах и возможностью повышения производительности труда на заготовке и вывозке сортиментов за счет снижения числа погрузочно-транспортных операций. Внедрение сортиментной заготовки в сложившихся в настоящее время условиях обеспечивает, как правило, повышение производительности труда и снижение себестоимости продукции лесозаготовок.

В России в настоящее время около 75 % объёма лесозаготовок производится в сортиментах [1]. Наиболее производительны на заготовке сортиментов комплексы машин в составе харвестеров и форвардеров; ими производится до 35 % заготовки. В связи с тем, что в нашей стране выпуск харвестеров и форвардеров не освоен, используются комплексы зарубежного производства, в том числе стран Европейского союза (ЕС), и в меньших масштабах -- белорусского производства. В связи с резким снижением курса рубля по отношению к доллару и евро, приобретение машин зарубежного производства (стран ЕС, США и Канады) становится сомнительным. Кроме того, эти комплексы производятся на базе машин с колёсным движителем, освоение которыми всего лесфонда затруднено, прежде всего, из-за недостаточной проходимости на участках с низкой несущей способностью грунтов [2 - 5]. Поэтому лесозаготовительным предприятиям необходимо иметь обоснованное соотношение машин с колёсным и гусеничным движителями. лесной машиностроение трактор заготовка

Вопросами повышения эффективности лесозаготовительных операций и машин занимались многочисленные исследователи [4 - 9], однако в связи с постоянно меняющейся конъюнктурой рынка и возникающими все новыми проблемами, связанными, в том числе, с вопросами импортозамещения, эта проблема остается актуальной и на сегодняшний день. Кроме этого следует отметить, что серьёзной задачей является увеличение объёмов использования вторичных ресурсов (отходов лесозаготовок), прежде всего, для энергетических целей, в связи с чем, необходимо решить задачу по разработке машин и оборудования для их заготовки по наиболее эффективной технологии [100].

Заготовка леса в сортиментах машинизированным способом производится с применением харвестеров и форвардеров зарубежного производства, в основном, стран ЕС и комплексов машин отечественного производства, включающих валочно-трелевочные машины (ВТМ), тракторы-пачкоподборщики (скиддеры), или трактора с манипулятором, сучкорезно-раскряжевочные машины и др. Заготовка механизированным способом производится с применением на валке-раскряжевке бензопил, на трелевке-штабелевке сортиментов форвардеров зарубежного производства, а также комплексами машин отечественного производства с валкой бензопилами, трелевкой деревьев или хлыстов, в основном, тракторами с тросочокерным оборудованием, раскряжевкой бензопилами или сучкорезно-раскряжевочными машинами, штабелевкой сортиментов тракторами.

Практикой лесозаготовок, начиная с 2000 по 2012 год, доказано, что, ввиду высокой стоимости комплексов машин зарубежного производства, экономический эффект от производства лесосечных работ с их использованием, несмотря на значительное повышение комплексной выработки в условиях Северо-Запада Европейской части России, обеспечивается при достижении годовой выработки в 40-45 тыс. мі, что возможно лишь при работе в две смены вахтовым методом. К настоящему времени, в большинстве лесозаготовительных предприятий, этот рубеж достигнут [2, 3, 11 - 13].

Ввиду резкого увеличения стоимости зарубежных машин из-за повышения курса зарубежных валют (доллар, евро) по отношению к курсу рубля, экономический эффект от использования этих машин в сравнении с традиционной технологией (заготовкой и вывозкой леса в хлыстах и переработкой их на сортименты на нижних складах) или с заготовкой сортиментов комплексами машин отечественного производства достигается лишь при заготовке 75-80 тыс. мі в год, что практически невозможно.

Выходом из создавшегося положения является импортозамещение продукции зарубежных фирм отечественной. Однако, к настоящему времени, в отечественном лесном машиностроении сложилось тяжелое положение. Еще в 2008 году, в сравнении с 1991 годом, выпуск машин для лесозаготовки уменьшился в десятки раз [1]. В связи с этим, в Стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации, на период до 2020 года, утвержденной приказом Минпромторга России от 31.10.2008 года № 240/482, отмечено несоответствие потенциала Российского лесного машиностроения задачам развития лесного комплекса; предусматривались меры по восстановлению российского лесного машиностроения на базе использования собственного и зарубежного научно-технического опыта (закупка лицензий и создание совместных производств), с учетом государственной поддержки инновационной деятельности в области лесного машиностроения. Однако, ни одной из поставленных задач выполнено не было. К 2014 году, по сравнению с 2008 годом, производство машин на гусеничной базе снизилось еще в 8 раз, а производство машин на колесной базе не начато. Износ эксплуатирующихся отечественных машин превышает критический уровень, запчасти практически не выпускаются. Поэтому замещение машин для сортиментной заготовки серийно выпускаемой техникой, в ближайшее время невозможно, исключен и возврат к традиционной технологии лесозаготовок, так как выпуск оборудования для нижних складов прекращен.

В настоящее время в Республике Беларусь, фирмой «Амкодор» серийно выпускаются харвестеры и форвардеры, разработанные на базе колесных лесных машин собственного производства, оснащенных технологическим оборудованием (харвестерными головками, бортовыми компьютерами и т. д.) зарубежного производства. В связи с низкой стоимостью базовых машин Белорусского производства, стоимость выпускаемых на их базе харвестеров и форвардеров ниже стоимости зарубежных машин того же класса и назначения в 2,5-2,7 раза. Поэтому по технико-экономическим показателям, удельным и капитальным затратам, заготовка леса в сортиментах этими комплексами машин вполне конкурентоспособна с традиционной заготовкой в хлыстах и заготовкой сортиментов комплексами машин отечественного производства. По этой причине, до освоения производства отечественных харвестеров и форвардеров целесообразно импортировать их не из стран ЕС, а из Белоруссии.

К сожалению, в России имеется лишь небольшой опыт разработки технологического оборудования (харвестерных головок), а так же создания харвестеров и форвардеров на базе колесных специальных тракторов с зарубежным технологическим оборудованием [11]. В то же время, этот опыт, а также результаты создания и применения харвестеров и форвардеров белорусского производства показывает, что задача импортозамещения может быть успешно решена. Для этого необходимо базовые машины и часть технологического оборудования производить на российских предприятиях. В то же время часть оборудования, производство которого в ближайшей перспективе не освоить (харвестерные головки, бортовые компьютеры и др.), так как их разработка была прекращена в 90-е года, необходимо закупать зарубежом. При этом стоимость комплексов машин российского производства не должна превысить стоимость машин того же класса и назначения производства Республики Беларусь, а, следовательно, их применение будет достаточно эффективно.

Существуют и другие разработки, которые могут быть внедрены в производство, в частности, обоснована конструкция и технология работы валочно-трелевочно-процессорной машины (ВТПМ), состоящей из базовой машины, платформы с установленным зажимным коником и манипулятором с харвестерной головкой, предназначенной для использования в качестве захватно-срезающего (ЗСУ) и процессорного устройства (патент RU 94111).

ВТПМ может выпускаться на базе форвардера, где на рабочей платформе вместо стоек установлен зажимной коник, а на манипуляторе вместо захватного устройства харвестерная головка, или на базе харвестера с удлиненной рабочей платформой, на которой установлен зажимной коник. ВТПМ может изготавливаться на базе машин с колесным и гусеничным движителем; по комплексу работ валка деревьев - трелевка, обрезка сучьев и раскряжевка, штабелевка сортиментов, ее производительность на человеко/день превышает производительность комплексов машин харвестер-форвардер. ВТПМ в процессе работы может при необходимости производить укладку древесных отходов в покрытия усов для укрепления их несущей способности и в комплексе с рубительной машиной осуществлять заготовку топливной щепы на лесосеке по наиболее эффективной технологии [10].

Еще одной проблемой использования трелевочных машин с колесным движителем является зачастую недостаточная их проходимость при движении по участкам местности с низкой несущей способностью почвогрунтов. Проведенные исследования показали, что в безморозный период, работа машин с колесными движителями на участках с низкой несущей способностью грунтов (3 и 4 категория почвогрунтов), на которых в условиях Северо-Запада Европейской части России сосредоточено 48,5 % эксплуатационного запаса леса в безморозный период затруднена, или практически невозможна из-за недостаточной проходимости [2, 3, 11, 12]. Это усугубляется тем, что за перестроечный и последующие периоды, строительству лесовозных дорог не уделялось достаточного внимания. В результате лес вблизи лесовозных дорог круглогодового действия и дорог общего пользования интенсивно вырубался и освоить в зимний период весь лесфонд, произрастающий на участках с низкой несущей способностью грунтов машинами с колесными движителями не представляется возможным, поэтому часть харвестеров, форвардеров и другой лесозаготовительной техники должно выпускаться на базе гусеничных машин.

Для работы в тяжелых природно-производственных условиях (на участках с низкой несущей способностью грунтов) следует использовать гусеничные машины, имеющие большую проходимость, чем колесные. Наиболее подходящими в качестве базовых машин являются «ОТЗ-300» и «ОТЗ-400», имеющие гидростатическую трансмиссию, повышенную мощность двигателя и другие преимущества, в сравнении с выпускаемыми ранее моделями. Обосновано создание модернизированных многофункциональных валочно-трелевочных машин на базе гусеничных тракторов последнего поколения производства ООО «ОТЗ». Компоновка машин близка к компоновке выпускаемых заводом ВТМ, но вместо ЗСУ, на манипуляторе предлагается установка харвестерной головки, а также оборудование машины пропорциональной системой управления, бортовым компьютером для задания программ раскряжевки деревьев на сортименты с учетом их объема и номенклатуры. Применение подобной машины обеспечит эффективное проведение лесосечных работ с выбором оптимальных технологических схем, с учетом природно-производственных условий.

В определенных условиях, при работе в безморозный период года, на участках, тяжелых по проходимости из-за низкой несущей способности грунтов, применение машин с гусеничным движителем безальтернативно [2, 3, 11 - 14]. Для работы на участках с низкой несущей способностью грунтов вполне конкурентоспособным является применение комплекса машин, состоящего из харвестера на базе гусеничного трактора «ОТЗ-300» или «ОТЗ-400» и выпускаемой в настоящее время погрузочно-транспортной машины (форвардера) «ОТЗ-350». Для предприятий с небольшим объемом заготовки леса, в которых не обеспечена полная загрузка комплексов машин в составе харвестера и форвардера, наиболее эффективно может быть применение харвардера на базе «ОТЗ-350» или «ОТЗ-450».

Модернизированная многофункциональная ВТМ и ВТПМ имеют резервы для совершенствования [15, 16] с целью повышения производительности, снижения психофизиологической нагрузки на оператора и облегчения его работы. Для этого обоснована автоматизированная система наводки манипулятора на дерево, система, облегчающая работу оператора и исключающая ошибки при осуществлении направленного повала деревьев вершиной на волок, что способствует более точной укладке комлей деревьев в коник и увеличению объемов пачек, а также разобщитель пачки деревьев, применение которого облегчает захват комлей деревьев харвестерной головкой из пачки или штабеля, что дает возможность ускорить процесс обрезки сучьев и раскряжевки [патенты RU 135228, RU 155003].

В заключении нужно отметить, что российские предприятия лесного машиностроения не используют имеющиеся в настоящее время возможности по созданию агрегатных многофункциональных машин для сортиментной заготовки и широких перспектив в импортозамещении в связи с девальвацией курса рубля. При этом разработка и выпуск машин на базе тракторов отечественного производства, с технологическим оборудованием производства известных импортных брендов, является важным шагом на пути создания лесозаготовительных машин укомплектованных технологическим оборудованием российского производства.

Для разработки и освоения выпуска такого оборудования, аналогов которого в России не производилось и не производится, требуются такие значительные затраты, на которые ни одно предприятие, находящееся в частной собственности, не пойдет, так как не заинтересовано в значительной мере в долговременных вложениях в эти разработки. Поэтому целесообразно включить в план импортозамещения создание соответствующего современным зарубежным образцам технологического оборудования. Важнейшей основополагающей задачей является не только совершенствование лесозаготовительной техники Российского производства, но и резкое увеличение объемов производства. Решение этих задач, в сложившихся обстоятельствах, в обозримые сроки возможно лишь при существенной государственной поддержке. Только при выполнении этого условия можно создавать условия для внедрения новой российской технологии лесозаготовок и полностью избавиться от импорта лесозаготовительных машин.

Литература

1. Григорьев И.В., Кацадзе В.А. Состояние и перспективы развития лесного машиностроения в России // Инновации в промышленности и социальной сфере: Материалы республиканской научно-практической конференции. Петрозаводск: ПетрГУ, 2015. С. 27-30.

2. Шегельман И.Р., Скрыпник В.И., Кузнецов А.В. Работа лесных машин в трудных природно-производственных условиях // Известия Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии. 2010. №190. С. 87-97.

3. Шегельман И.Р., Скрыпник В.И., Кузнецов А.В. Анализ показателей работы и оценка эффективности лесозаготовительных машин в различных природно-производственных условиях // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. 2010. №4. С. 66-75.

4. Miller R.E., Colbert S.R., Morris L.A. Effects of heavy equipment on physical properties of soils and on long-term productivity: a review of literature and current research // NCASI Tech. Bull. 887. NCASI Research, Triangle Park, N.C. 2004. 76 р.

5. Han S.K., Han H.S., Page-Dumroese D.S., Johnson L.R. Soil compaction associated with cut-to-length and whole-tree harvesting of a coniferous forest // Can. J. For. Res. 2009. №39 (5). pp. 976-989.

6. Анисимов Г.М., Большаков Б.М. Новые концепции теории лесосечных машин. СПб.: ЛТА, 1998. 116 с.

7. Кушляев В.Ф. Лесозаготовительные машины манипуляторного типа. М.: Лесная промышленность, 1981. 248 с.

8. Люманов Р.М. Машинная валка леса. М.: Лесная промышленность, 1990. 280 с.

9. Ширнин Ю.А. Технология и машины для лесосечных работ. Л.: ЛТА, 1979. 84 с.

10. Шегельман И.Р., Скрыпник В.И., Кузнецов А.В. Анализ технологической цепочки производства топливной щепы с учетом транспортно-переместительной составляющей // Известия Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии. 2013. №203. C. 67-75.

11. Шегельман И.Р., Скрыпник В.И., Питухин А.В., Галактионов О.Н. Производство лесосечных работ: Технология и техника. Петрозаводск: ПетрГУ, 2015. 367с.

12. Кузнецов А.В. Совершенствование процессов лесотранспорта путем рациональной взаимосвязи параметров транспортных средств и первичной транспортной сети: дис. … д-ра техн. наук: 05.21.01. Петрозаводск, 2015. 276 с.

13. Скрыпник В.И., Кузнецов А.В., Степанищев О.Э. Имитационные испытания и моделирование работы валочно-трелевочно-процессорной машины в реальных природных условиях // Тракторы и сельхозмашины. 2013. №3. C. 26-28.

14. Шегельман И.Р., Скрыпник В.И., Петухов Р.А. Анализ эффективности сортиментной заготовки леса // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. 2008. №3. С. 94-103.

15. Шегельман И.Р., Скрыпник В.И., Кузнецов А.В., Васильев А.С. Методика оптимизации процесса валки деревьев агрегатной машиной // Инженерный вестник Дона, 2013, №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/1905.

16. Скрыпник В.И., Кузнецов А.В. Модернизация и расширение функциональных возможностей валочно-трелевочных машин на базе интеллектуальной собственности // Инженерный вестник Дона, 2015. №4. URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3364.

Размещено на Allbest.ru