Перспективность дальнейших исследований по совершенствованию гусеничных лесных машин
Карасев Юрий Анатольевич, Марков Виктор Александрович,
Дмитриев Александр Сергеевич, Должиков Илья Сергеевич,
Юдилевич Александр Михайлович
Аннотация
гусеничный лесной машина производство
В обзоре на основании анализа сложившейся ситуации в отечественной лесной науке и лесном машиностроении показаны перспективы расширения выпуска и использования в лесозаготовительном производстве и лесном хозяйстве гусеничных лесных машин. Проанализированы достоинства и недостатки колесных и гусеничных баз лесных машин как с точки зрения эксплуатационной, так и экологической эффективности их использования, включая условия эксплуатации в лесах на вечной мерзлоте. Показано, что отечественные лесные машины на базе гусеничного шасси имеют очень большие перспективы широкого применения в лесном хозяйстве и в лесозаготовительном производстве. Эти машины, по сравнению с колесными, значительно экологичнее, значительно дешевле в производстве и эксплуатации. На российских машиностроительных заводах есть большой опыт производства таких машин. За счет значительно более простой конструкции возможно обеспечить использование комплектующих отечественного производства. Обоснована необходимость нормативного регулирования последствий воздействия лесных машин на почвогрунт по следующим показателям: по допустимому давлению на почвогрунт, глубине оставляемой колеи и степени уплотнения почвогрунта.
Ключевые слова: колёсные лесные машины; гусеничные лесные машины; воздействие на почвогрунты
Annotation
Prospects for further research on the improvement of tracked forest vehicles
Yuri Karasev, Victor Markov, Alexander Dmitriev, Ilya Dolzhikov, Alexander Yudilevich
The analysis of the current situation in the domestic forestry science and forestry engineering allowed the authors to describe the prospects for expanding the production and use of tracked forest vehicles in logging production and forestry. The advantages and disadvantages of wheeled and tracked forest vehicles are analyzed, both from the point of view of their operational and environmental efficiency, including operating conditions in forests in the permafrost zone. It is shown that domestic forestry machines based on tracked chassis have good prospects for wide application in forestry and in logging production. These machines, compared with the wheeled ones, are much more environmentally friendly, much cheaper to manufacture and operate. Moreover, Russian machine-building plants have extensive experience in the production of such machines. A simpler design of tracked machines ensures 100% manufacture of components within our country. The authors claim the necessity of regulatory control of the ecological environmental impact of forest machines operation, in particular, permissible pressure on the soil, the depth of the track left, the degree of soil compaction.
Keywords: wheeled forestry machines; tracked forestry machines; impact on soils
Введение
Основной целью данной работы является обоснование перспективности развития исследований в области совершенствования гусеничных лесных машин в рамках научной специальности 4.3.4 «Технологии, машины и оборудование для лесного хозяйства и переработки древесины». Необходимость данного обоснования связана с несколькими обстоятельствами. Во-первых, в названии данной научной специальности отсутствует прямое упоминание о лесозаготовительном производстве. Во-вторых, в результате практически полного уничтожения отечественного лесного машиностроения, традиционно базировавшегося на гусеничных тракторах, российские лесозаготовители перешли на импортные колёсные лесные машины, производящиеся в недружественных странах. За пару десятков лет доминирования в российском лесозаготовительном производстве импортных колёсных тракторов успело сформироваться мнение о не перспективности гусеничных лесных машин. С началом санкционной войны ребром встал вопрос о необходимости срочного возрождения отечественного лесного машиностроения. В этой связи авторы статьи сочли целесообразным и своевременным представить данный сравнительный анализ колёсных и гусеничных лесных машин, показывающий, что гусеничная база для лесных машин имеет свои существенные преимущества и списывать её со счетов при планировании развития лесных машин в России нельзя.
До октября 2022 г. в Российской Федерации действовали три лесотехнические специальности -- 05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»; 05.21.03 «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины»; 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки».
С октября 2022 г., согласно приказу Министерства науки и высшего образования РФ от 24.02.2021 № 118 «Об утверждении номенклатуры научных специальностей, по которым присуждаются учёные степени и внесении изменения в Положение о совете по защите диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук, на соискание учёной степени доктора наук, утверждённое приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 10 ноября 2017 г. № 1093», они объединены в одну научную специальность 4.3.4 «Технологии, машины и оборудование для лесного хозяйства и переработки древесины».
Как видно, из названия специальности 4.3.4 «Технологии, машины и оборудование для лесного хозяйства и переработки древесины» выбыл термин «лесозаготовки». В принципе, если ориентироваться на европейскую практику, это нормально, поскольку в Европе лесозаготовки и лесное хозяйство объединены единым термином «Forestry» [1].
Согласно действующему Лесному кодексу Российской Федерации, лесопользователи, заготавливающие древесину по договорам аренды участков лесного фонда (которые заключаются на срок от 10 до 49 лет), обязаны проводить также лесовосстановительные работы, работы по уходу за лесами, а также работы, связанные с охраной и защитой леса, включая противопожарные мероприятия. То есть такие лесопользователи проводят полный комплекс лесозаготовительных и лесохозяйственных работ, который и подразумевает термин «Forestry» [2]. Иначе говоря, современное лесозаготовительное производство в нашей стране, включающее четыре основных этапа -- лесосечные работы, транспорт леса, лесоскладские работы, лесовосстановительные работы, является несколько расширенным термином «Forestry», поскольку лесоскладские работы являются переходным этапом между лесозаготовкой и деревопереработкой [3].
Достаточно распространённым видом пользования лесом в Российской Федерации, особенно в Сибири и на Дальнем Востоке, является разрубка линейных объектов под линии электропередач, различные трубопроводы [4]. Согласно Федеральному закону «О внесении изменений в Лесной кодекс Российской Федерации и отдельные законодательные акты Российской Федерации в части совершенствования воспроизводства лесов и лесоразведения» от 19.07.2018 № 212-ФЗ, такие лесопользователи обязаны проводить работы по лесовосстановлению (лесоразведению) на участках лесного фонда (не находящихся в аренде) на такой же площади, что и выведена под линейный объект, в пределах субъекта Российской Федерации, на территории которого находится этот объект. То есть при строительстве линейных объектов на землях лесного фонда также выполняются лесосечные и лесовосстановительные работы [5].
Вышесказанное позволяет утверждать, что технологические процессы, машины и оборудование рубок лесных насаждений в полной мере относятся к понятию «лесное хозяйство», указанному в названии научной специальности 4.3.4 «Технологии, машины и оборудование для лесного хозяйства и переработки древесины».
Также целесообразно обратить внимание на следующие моменты:
¦ Во-первых, достаточно часто для выполнения лесосечных, лесовосстановительных и других лесохозяйственных работ на лесопромышленных предприятиях задействуются одни и те же машины [6--10]. Исходя из принципа модульности построения систем машин, энергетические и транспортные модули могут использоваться на различных операциях [11], [12]. И таких примеров можно привести достаточно много -- противопожарный форвардер, представляющий собой форвардер, временно оснащённый ёмкостью для воды, системами её набора и распыления на месте пожара [13]; подборщики порубочных остатков -- трелёвочные тракторы, оснащённые грабельным собирающим устройством или кузовом для сбора и вывозки порубочных остатков; машины для подготовки почвы на вырубках и гарях -- трелёвочные тракторы, оснащённые плугом или почвенными фрезами; мульчеры; ротоваторы и т. д. [14--16]. Такому разноплановому использованию базовых лесных машин во многом способствует сезонность проведения рубок леса, лесовосстановительных и других лесохозяйственных работ [17--19]. Ведь, по очевидным причинам, лесовосстановительные и многие другие (хотя и не все) лесохозяйственные работы проводятся в тёплый период года, а рубки леса, особенно в лесных массивах со сложными почвенно-грунтовыми условиями, предпочтительно проводить в зимний период, когда почвогрунты замёрзнут [20], [21].
¦ Во-вторых, в связи с постепенной деградацией российской глубинки (оттоком работоспособного населения (особенно молодёжи) в крупные города, а также резким снижением притока в отрасль сезонных работников из стран ближнего зарубежья) в лесозаготовительном производстве и лесном хозяйстве Российской Федерации отмечается все меньше доли ручного труда и всё больший объём работ выполняется различными машинными комплексами на базе специальных колёсных и гусеничных тракторов, которые принято называть общим термином «лесные машины» [22--24].
В этой связи необходимо уточнить терминологический аппарат, используемый в дальнейшем. Согласно публикациям [25], [26], лесными машинами называются любые специальные тракторы, конструктивно предназначенные для работы в сложных условиях лесного фонда. Прежде всего, ряд таких машин, особенно для лесосечных работ, должны быть оснащены специальными конструкциями, обеспечивающими безопасность оператора [27], [28]. Это, например, специальные стёкла на лесозаготовительных машинах (харвестерах и т. д.), защищающие оператора от отстрела пильной цепи, конструктивные укрепления кабины, которые защищают оператора при перевороте машины или падении на кабину ствола дерева -- ROPS (roll-over protective structure), и т. д. [29], [30]. Пригодность машины для работы в лесу часто подтверждается специальными сертификатами безопасности [31]. Конечно, нельзя не признать, что на лесосечных работах в нашей стране, особенно на предприятиях, проводящих малообъёмные лесозаготовки, часто встречаются и обычные сельскохозяйственные тракторы (чаще всего МТЗ), обычно на трелёвке, иногда погрузке, оснащённые специальным технологическим оборудованием [32]. Но такой вариант нельзя признать удовлетворительной практикой, поскольку во главу угла в любой производственной сфере должны ставиться жизнь и здоровье персонала, а лесозаготовительная отрасль отнюдь не является безопасной, согласно статистике несчастных случаев [33--35].
Среди лесных машин выделяют класс лесозаготовительных машин [36]. К ним относят лесные машины, конструктивно предназначенные для валки деревьев и, как правило, выполнения ряда последующих операций: валочные машины (ВМ), валочно-пакетирующие машины (ВПМ), валочно-трелёвочные машины (ВТМ), валочно-сучкорезные машины (ВСМ), валочно-сучкорезно-раскряжёвочные машины (ВСРМ, или харвестеры), валочносучкорезно-раскряжёвочно-трелёвочные машины (ВСРТМ, или харвардеры и форвестеры), валочно-трелёвочно-процессорные машины (ВТПМ) [37--40], т. е. к лесозаготовительным машинам относят такие лесные машины, которые, прежде всего, могут валить деревья. Такое выделение связано, во-первых, с тем, что операция валки деревьев является первой во всех технологических процессах лесосечных работ. Во-вторых, с тем, что, в подавляющем большинстве случаев, это машины узкоспециализированные, которые не задействуют на других операциях лесосечных, лесовосстановительных или других лесохозяйственных работ. В виде исключения можно отметить форвестер, который может быть временно переоснащён в лесопожарный форвардер, или машину для подготовки почвы на вырубках и гарях, или манипуляторную машину для сбора порубочных остатков, а также широкозахватную ВПМ, или гусеничный харвестер (на базе экскаватора), которые возможно переоснастить в полноповоротный погрузчик, или в посадочную машину для сеянцев (саженцев) с закрытой корневой системой [41].
Кроме лесозаготовительных, к наиболее узкоспециализированным лесным машинам можно отнести погрузчики и процессоры (сучкорезно-раскряжёвочные машины, используемые при канадском варианте сортиментной технологии лесосечных работ) [42]. Наиболее универсальными по применению являются трелёвочные машины [43].
Материалы и методы
В настоящее время в лесозаготовительном производстве Российской Федерации преобладают импортные лесные машины, причём, в основном, произведённые в недружественных странах. Многократные предупреждения учёных и специалистов лесной отрасли о большой опасности такой ситуации не привели к удовлетворительным результатам в области отечественного лесного машиностроения, которое так и осталось в практически полностью разгромленном состоянии к началу специальной военной операции и последовавшей за ней санкционной войне, объявленной нашей стране недружественными странами. Причём основными производителями широко используемых в нашей стране лесных машин были Финляндия, Швеция, Австрия, США, Япония, т. е. страны, объявившие России санкции. Пятый пакет этих санкций напрямую затронул лесную отрасль, как лесозаготовки с лесным хозяйством, так и деревоперерабатывающие предприятия. Это привело к значительным проблемам в области закупки новых машин, обеспечения их оригинальными запасными частями и расходными материалами. Широко используемый для решения возникшей проблемы параллельный импорт через дружественные страны удлиняет и удорожает логистику их доставки, а значит, и конечную себестоимость выполняемых этими машинами работ.
Про гибель российского лесного машиностроения и его последствия сказано и написано достаточно много. Останавливаться на этом вопросе сейчас не имеет смысла. В современной ситуации необходимо искать наиболее оптимальные выходы по цене -- срокам -- качеству. В связи со сложившимися реалиями предлагается применять термин «перспективные лесные машины», поскольку, по очевидным причинам, наиболее распространённые сейчас импортные лесные машины из недружественных стран не могут считаться также и перспективными, со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Также отметим, что любая лесная машина представляет собой базовое шасси, агрегатированное тем или иным технологическим оборудованием для выполнения различных технологических операций [44].
Как было отмечено ранее, лесные машины можно подразделить по универсальности их применения на операциях лесосечных, лесовосстановительных или других лесохозяйственных работ на узкоспециализированные и универсальные. Но это достаточно условное деление. В научной литературе принято подразделять лесные машины по следующим признакам: