Устройство для валки деревьев вместе с корнями (варианты) - RU2249943C2

Чертежи

Описание

Целью изобретения является создание устройства для валки деревьев путем их выкорчевывания и способа валки деревьев этим устройством.

Существует два основных типа способов лесозаготовки: отделение ствола от корня и выкорчевывание деревьев. В первом случае корень, остающийся в земле после повала дерева, обычно вытаскивают отдельно вильчатым захватом или зубьями, смонтированными на тракторе (используя достаточно большой ход), или, например, удаляют взрывным способом. В соответствии с применяемыми в настоящее время технологиями пни также могут быть использованы. В соответствии с одним из таких способов пень засверливают и распиливают на пластины или раскалывают. В соответствии с другим способом пень опиливают вокруг цилиндром с заостренным краем, отрезают корни и затем вытаскивают ствол пня.

В случае корчевания отделение ствола производят ниже уровня земли. Если корень также должен быть вытащен, что является более привлекательным решением, то обычно используют этот способ. Оба типа способов лесозаготовки имеют свои положительные и отрицательные стороны. Положительные стороны корчевания заключаются в том, что повышается количество заготавливаемой древесины, осуществляется полная подготовка почвы и после этого может быть выполнена перекопка, деревья при валке меньше повреждаются и не требуется затрата каких-либо усилий на корчевание пней. Корчевание может быть произведено либо вручную, либо с использованием машины. В первом случае корни откапывают, а затем отпиливают как раз у ствола пня со стороны в направлении повала дерева. Эту травмоопасную работу выполняют достаточно медленно. Что касается машинных способов корчевания, то известны способы волочения и вытеснения. В первом случае к стволу дерева прижимают вертикально спаренное колесо (ствол валят на него), а также прикрепляют к стволу трос лебедки на определенной (расчетной) высоте. Посредством тянущего усилия лебедки ствол укладывают на землю, при этом опускание может быть выполнено также с помощью спаренного колеса. Недостатком этого способа является то, что из-за большого прикладываемого усилия очень часто ствол дерева ломается.

Согласно способу вытеснения дерево выворачивают путем подъема корня ножом или вилами силового агрегата, оборудованного повалочной рамой, повалочной бабкой и подъемными вилами, в то время как ствол выталкивают вперед. В этом случае очень часто проблема заключается в том, что в процессе удерживания корня инструмент забивается, в результате чего им либо невозможно выполнять технологические операции, либо требуется прикладывать достаточно большие сжимающие усилия. (См. учебник для факультета лесной промышленности Университета лесной и деревообрабатывающей промышленности, д-р Рамф Янос: Erdohasznalattan I. 1986, Сопрон.)

В патенте Швейцарии №674118 описано устройство, смонтированное на гидравлической системе обычной машины (например, трактора), которым почти вертикально “вырывают” дерево вместе с корнями из земли. Путем применения устройства, оборудованного рычагами для удерживания ствола дерева, захватывают ствол и посредством гидравлических цилиндров прикладывают направленную вверх силу. В это время эксцентриковым диском, приводимым от машины, сообщают узлам системы и стволу дерева переменное движение. Согласно утверждениям авторов этого технического решения, это облегчает процесс корчевания, что является правдой, но, несмотря на это, данное решение экономически применимо только в случае заготовки небольших деревьев. Другим недостатком этого способа является то, что рычаги для удерживания ствола дерева могут соскальзывать в вертикальном направлении, вызывая осложнения при выполнении операции.

В заявке на патент WO 93/04575 описано устройство, установленное на машине и состоящее из прижимного рычага и V-образного грейферного культиватора, прикрепленного к нему, который используют для валки деревьев вместе с корнями. Недостатком этого устройства является то, что оно забивается и не обеспечивает правильного захвата.

В патенте США №3823916 описано устройство для корчевания деревьев или пней деревьев, установленное на тракторе и включающее первую раму, оснащенную плитами, которые можно поворачивать в такое положение, чтобы обеспечить контакт с землей для восприятия реакции на силу, используемую при корчевании, и дополнительную раму, установленную на основной раме и приводимую гидравлически для подъема относительно основной рамы, причем на дополнительной раме смонтирована пара зажимных рычагов, которые гидравлически приводят для захвата ими дерева или пня. Это устройство обладает тем недостатком, что оно содержит опорную плиту (поз.16), которую прижимают к земле во время корчевания дерева. В процессе выполнения операции устройство невозможно перемещать относительно земли. Опорная плита передает давление на землю. Парой зажимных рычагов (поз.40) захватывают дерево, причем нет других соединений с деревом. Нет какого-либо узла, который бы перемещали вертикально вдоль дерева во время процесса корчевания. Следовательно, необходимо большое усилие для выкорчевывания дерева, т.к. нет какой-либо другой дополнительной помощи при выполнении операции. В случае рыхлой и влажной земли стойка (16) опорной плиты очень слаба, и это сильно осложняет использование оборудования. Силовой агрегат нельзя перемещать вперед и назад, следовательно, невозможно создавать дополнительные силы тяги или давления.

В патенте США №4141398 описан способ, в котором стоящее дерево захватывают зажимным устройством, поднимают и отделяют его корневую систему отрезным устройством, действуя в направлении, параллельном продольному направлению дерева, причем корни отделяют от ствола, сильно ускоряя режущее устройство относительно зажимного устройства в направлении от режущего устройства, в то же время сохраняя существенное количество кинетической энергии в значительной массе режущих частей, которые вместе с инерцией массы дерева используют для отрезания корней дерева. Представленное оборудование прислоняют к фиксированной точке дерева. Кроме этой опоры имеются ножи (12, 17), которыми отрезают часть корня дерева.

Это оборудование очень сложное, его действие требует нескольких гидравлических контуров и сложной системы управления. Отсутствует какой-либо узел, который двигался бы в вертикальном направлении вдоль дерева во время процесса корчевания. Следовательно, необходимо прикладывать большую силу для выкорчевывания дерева, так как нет какой-либо другой дополнительной помощи при выполнении операции.

Целью изобретения является создание соответствующих устройства и способа, которые были бы надежны и безопасны и подходили бы для корчевания деревьев при приложении относительно небольших усилий.

Учитывалось то, что упомянутая выше цель может быть достигнута с помощью устройства, которое взаимодействует со стволом дерева обычно в двух точках, и при этом используют такое приводное перемещение, при котором ствол, поворачиваемый ниже его центра масс, являющегося центром движения, падает.

Это решение позволяет затрачивать количество потребляемой, или требуемой, энергии меньшее, чем обычно. В результате выведения дерева из его равновесного состояния сумма его потенциальной энергии и энергии движения изменяется. Изменение положения точки приложения энергии движения создает дополнительную силу, которая способствует процессу валки введением дополнительного приводного момента.

Согласно изобретению предложено гидравлическое устройство для валки деревьев вместе с корнями, содержащее силовой агрегат, несущую раму, раму для удержания ствола дерева, на которой установлен механизм для удержания ствола дерева, снабженный рычагами для удержания ствола дерева, и рабочие цилиндры, причем один конец рамы механизма для удержания ствола дерева, несущая рама и, по меньшей мере, один подъемный рабочий цилиндр присоединены к силовому агрегату с возможностью поворота; нижний конец толкающего рабочего цилиндра присоединен к раме для удержания ствола дерева и/или к механизму для удержания ствола дерева с возможностью поворота; несущая рама снабжена опорным вальцом, установленным с возможностью вращения вокруг оси; регулировочный узел присоединен посредством оси или вала к несущей раме; причем верхний конец толкающего рабочего цилиндра и другой конец подъемного рабочего цилиндра присоединены к несущей раме.

Предпочтительно, чтобы к силовому агрегату и/или к несущей раме была присоединена система обеспечения безопасности, которая выполнена в виде рамы, состоящей из дугообразных и прямолинейных секций.

Целесообразно, чтобы несущая рама состояла из двух звеньев и имела одно промежуточное соединение.

Более предпочтительно, чтобы несущая рама состояла из числа звеньев больше двух, соединенных друг с другом с возможностью поворота, и имела больше одного промежуточного соединения.

Желательно, чтобы рычаги для удержания ствола дерева были присоединены к механизму для удержания ствола дерева с возможностью поворота.

Целесообразно, чтобы механизм для удержания ствола дерева был присоединен к раме для удержания ствола дерева с возможностью поворота.

Желательно, чтобы верхнее соединение несущей рамы и толкающего рабочего цилиндра было выполнено с возможностью поворота.

Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, одно из соединений подъемного рабочего цилиндра было выполнено с возможностью поворота.

Согласно другому варианту заявленного изобретения предложено гидравлическое устройство для валки деревьев вместе с корнями, содержащее силовой агрегат, несущую раму, раму для удержания ствола дерева, на которой установлен механизм для удержания ствола дерева, снабженный рычагами для удержания ствола дерева, и рабочие цилиндры, при этом один конец рамы для удержания ствола дерева, несущая рама и, по меньшей мере, один подъемный рабочий цилиндр присоединены к силовому агрегату с возможностью поворота; нижний конец толкающего рабочего цилиндра присоединен к раме для удержания ствола дерева и/или к механизму для удержания ствола дерева с возможностью поворота; несущая рама снабжена опорным вальцом, установленным с возможностью вращения вокруг оси; и регулировочный узел присоединен посредством оси или вала к несущей раме; причем один конец регулировочного узла присоединен к несущей раме, а другой его конец присоединен к толкающему рабочему цилиндру; и другой конец подъемного рабочего цилиндра присоединен напрямую или через трансмиссионный механизм к раме для удержания ствола дерева.

Предпочтительно, чтобы трансмиссионный механизм между подъемным рабочим цилиндром и рамой для удержания ствола дерева содержал сочлененные звенья.

Желательно, чтобы к силовому агрегату и к несущей раме или к регулировочному узлу, или к толкающему рабочему цилиндру была присоединена система обеспечения безопасности, посредством которой ограничивают перемещение дерева в пространстве.

Целесообразно, чтобы рычаги для удержания ствола дерева были присоединены к механизму для удержания ствола дерева с возможностью поворота.

Наиболее предпочтительно, чтобы механизм для удержания ствола дерева был присоединен к раме для удержания ствола дерева с возможностью поворота.

Целесообразно, чтобы соединение регулировочного узла и толкающего рабочего цилиндра было выполнено с возможностью поворота.

Желательно, чтобы, по меньшей мере, одно из соединений подъемного рабочего цилиндра было выполнено с возможностью поворота.

Изобретение проиллюстрировано сопроводительными чертежами. На Фиг.1 и 2 схематически показаны предпочтительные варианты осуществления изобретения. На фигурах представлены следующие устройства.

Силовой агрегат 1 представляет собой машину, имеющую соответствующую массу, создающую определенное удельное давление на грунт, обладающую устойчивостью, гидравлической и двигательной мощностью, тяговой мощностью, способностью перемещаться по пересеченной местности, маневренностью. Эти факторы зависят от полевых условий, от леса и от поставленной задачи, так как в случае, если лес состоит из небольших деревьев, редко растущих в низине, то требования, например, к мощности, тяговому усилию, проходимости более низкие.

Регулировочным узлом 2 определяют положение опорного вальца 4, т.е. точки, где устройство взаимодействует с верхней частью ствола 6 дерева, путем воздействия на расположение несущей рамы 3. Возможно несколько типов решений этой задачи. Если несущая рама 3 состоит из двух рычагов, соединенных с возможностью поворота друг относительно друга, то с помощью этого регулировочного узла устанавливают угловое положение двух рычагов путем присоединения двух концов регулировочного узла 2 к этим двум рычагам. Если несущая рама 3 состоит из трех рычагов, соединенных двумя сочленениями, то регулировочный узел 2 соединяют с внешними рычагами. Можно использовать большее число регулировочных узлов 2, в случае применения двух промежуточных звеньев необходимо два регулировочных узла. Целесообразно в качестве регулировочного узла 2 использовать гидравлический цилиндр, хотя может быть применено любое другое эквивалентное решение, т.е. можно использовать гидродвигатель, привод с системой зубчатых колес, электродвигатель и т.д. Толкающий рабочий цилиндр 5 соединен с несущей рамой 3 предпочтительно с возможностью поворота. Если несущая рама 3 является жесткой конструкцией, то один конец регулировочного узла 2 присоединяют к ней, в то время как другой его конец соединяют с верхним концом толкающего рабочего цилиндра (цилиндров) 5 для регулировки положения его верхней части. В качестве толкающего рабочего цилиндра 5 предпочтительно использовать гидравлический цилиндр, но и в этом случае можно использовать другой механизм, посредством которого можно прикладывать необходимое усилие. Можно применить гидродвигатель или электродвигатель, оборудованный необходимой передачей, червяком с зубчатой рейкой или винтовой передачей.

Несущая рама 3 взаимодействует со стволом 6 дерева посредством опорного вальца 4, установленного на силовом агрегате 1 посредством осей и болтов.

Опорный валец 4 может вращаться на оси несущей рамы 3, и по существу это симметричное относительно его оси вращения тело, предпочтительно цилиндрическое, посредством которого создают усилие при перекатывании его вниз по стволу 6 дерева.

Две соединительных точки толкающего рабочего цилиндра (цилиндров) 5 являются непосредственно или опосредованно точками несущей рамы 3 и рамы 9 для удерживания ствола дерева, или механизма 8 для удерживания ствола дерева. (Последний показан на Фиг.2.) Расстояние между этими рамами можно изменять путем регулирования толкающего рабочего цилиндра 5. Его соединяют с независимо работающим гидравлическим контуром (например, “В”) силового агрегата 1. Можно использовать один толкающий рабочий цилиндр 5 и регулировочный узел 2 или большее их число. Их можно соединить и использовать параллельно. Это предпочтительно, если требуется обеспечить большие усилия или большую безопасность в работе.

Рычаги 7 используют для удерживания ствола 6 дерева. Чтобы была большая рабочая площадь, им придают дугообразную форму и внутреннюю поверхность снабжают каннелюрами. Рычаги 7 для удерживания ствола дерева прикреплены к механизму 8, которым удерживают ствол дерева и который установлен на раме 9 для удерживания ствола дерева. В особых случаях сила, направленная вверх (тянущая сила), может быть приложена к стволу дерева с их помощью.

Механизм 8 для удерживания ствола дерева присоединен к другому независимо работающему гидравлическому контуру (например, “С”) силового агрегата 1, и с его помощью обеспечивают передачу подъемного, толкающего и тянущего усилий к стволу 6 дерева посредством рычагов 7 для удерживания ствола дерева. Благодаря его шарнирному соединению с рамой 9 для удерживания ствола дерева рычаги 7 для удерживания ствола дерева и механизм 8 для удерживания ствола дерева могут поворачиваться во время и после отрезания ствола дерева.

Рама 9 для удерживания ствола дерева установлена на силовом агрегате 1 посредством болтов и осей, и ее положение по высоте от земли можно регулировать, и, кроме того, ее относительное положение во время валки можно регулировать с помощью толкающего рабочего цилиндра 5 и/или с помощью подъемного рабочего цилиндра 10.

Подъемным рабочим цилиндром (цилиндрами) 10 можно управлять с помощью независимо действующего гидравлического контура (например, “А”) силового агрегата 1, и он также присоединен к силовому агрегату с возможностью поворота (шарнирно). В настоящем описании слово “поворотный” используют в самом широком смысле. Оно может означать вращательное движение вокруг неподвижной оси (т.е. пальца или подшипника) или также перемещение вала, которое он может совершать, например, вдоль продольного паза, а также его поворот вокруг оси.

Другой непосредственной или опосредованной соединительной точкой его (цилиндра 10) может быть либо рама 9 для удерживания ствола дерева, либо несущая рама 3. Установку положения одной из двух рам относительно силового агрегата 1 выполняют с помощью подъемного рабочего цилиндра 10. Эту соединительную точку подъемного рабочего цилиндра 10 целесообразно также делать поворотной. Если подъемный рабочий цилиндр 10 соединен с рамой 9 для удерживания ствола дерева опосредованно, то может быть применен многозвенный механизм. Это решение показано на Фиг.2. Кроме этого, могут быть использованы и другие эквивалентные решения.

С точки зрения безопасности рекомендуется защищать силовой агрегат от падающего ствола дерева системой 11 предупреждения аварий. Это может быть рамный узел, изготовленный из стали, с помощью которого, благодаря его высоте и форме, защищают кабину силового агрегата 1. Система 11 предупреждения аварий может быть присоединена либо к несущей раме 3, либо к силовому агрегату 1, либо к ним обоим. Система 11 предупреждения аварий предпочтительно может также быть присоединена к регулировочному узлу 2 или к толкающему рабочему цилиндру 5.

Устройство работает следующим образом. Силовой агрегат 1 подводят к стволу 6 дерева, выбранному для повала. Путем действия подъемного рабочего цилиндра (цилиндров) 10 и толкающего рабочего цилиндра (цилиндров) 5 несущую раму (3) устанавливают в верхнем положении, в то время как раму 9 для удерживания ствола дерева устанавливают в нижнем положении на стволе 6 дерева.

Путем действия механизма 8 для удерживания ствола дерева рычагом (рычагами) 7 для удерживания ствола дерева обхватывают нижнюю часть ствола 6 дерева. Регулировочным узлом 2 устанавливают расположение между стволом 6 дерева и толкающим рабочим цилиндром 5. При действии подъемного рабочего цилиндра (цилиндров) 10 и толкающих рабочих цилиндров 5 опорный валец 4 катится вниз по стволу дерева и валит ствол в направлении от силового агрегата 1. Затем с помощью рычагов 7 для удерживания ствола дерева, поднимающих, толкающих и тянущих ствол, дерево укладывают на землю.

Преимущества устройства согласно изобретению:

- простота и надежность конструкции;

- безопасность действия;

- пригодность для валки деревьев в широких диапазонах размеров.

Преимущества способа согласно изобретению:

- повреждение (перелом) дерева происходит очень редко;

- направление повала может быть точно определено;

- сила и потребляемая энергия меньше, чем в известных способах.

Изобретение проиллюстрировано следующими Примерами, но они не предназначены для ограничения объема изобретения, определенного формулой изобретения.

Пример 1

Устройство, выполненное в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, представлено на Фиг.1.

В этом случае рама 9 для удерживания ствола дерева, несущая рама 3 и один или большее число подъемных рабочих цилиндров 10 соединены с силовым агрегатом 1, все с возможностью поворота. Другой конец подъемного рабочего цилиндра 10 соединен с несущей рамой 3, с целью обеспечения установки последней по высоте. Имеется (имеются) один или большее число толкающих рабочий цилиндров 5 между несущей рамой 3 и рамой 9 для удерживания ствола дерева. Таким образом, положение последних можно регулировать. Верхняя соединительная точка толкающего рабочего цилиндра 5 может быть также частью несущей рамы 3, находящейся ближе к силовому агрегату (на фигуре показано именно это решение), или частью, которая находится ближе к опорному вальцу 4. Две части несущей рамы, одна из которых несет опорный валец 4, а другая часть, которая соединена с силовым агрегатом, соединены с возможностью поворота. Регулировочным узлом 2 устанавливают положение упомянутых выше двух узлов. Рычаги 7, используемые для удерживания ствола 6 дерева, могут быть гидравлически задействованы на механизме 8 для удерживания ствола дерева, который установлен на раме 9 для удерживания ствола дерева.

Устройство действует путем установки несущей рамы 3 в верхнем положении и рамы 9 для удерживания ствола дерева в нижнем положении под воздействием подъемного рабочего цилиндра 10 и толкающего рабочего цилиндра 5. Путем гидравлического действия механизма 8 для удерживания ствола дерева рычаги 7 для удерживания ствола дерева зажимают пень ствола 6 дерева. Ствол дерева поддерживают в верхней части с помощью регулировочного узла 2 и опорного вальца 4. Производят повал дерева

- путем сжатия толкающего рабочего цилиндра 5 и/или

- путем сжатия подъемного рабочего цилиндра 10.

Если это желательно, то силовой агрегат 1 можно смещать от дерева с целью содействия при повале. Затем силовой агрегат 1 приближают и рычаги 7 для удерживания ствола дерева высвобождают дерево.

Пример 2

Отличия устройства, представленного на Фиг.2, от устройства, описанного в Примере 1 и представленного на Фиг.1, следующие.

Несущая рама 3 является несочлененным узлом, за исключением места ее навески. Верхняя часть толкающего рабочего цилиндра 5 гибко соединена с регулировочным узлом 2. Нижняя (другая) часть регулировочного узла 2 соединена с несущей рамой 3. Так как один конец подъемного рабочего цилиндра 10 соединен с силовым агрегатом 1, подъемный рабочий цилиндр 10 не контролирует перемещение несущей рамы 3, но либо непосредственно, либо через рычажный сочлененный механизм (как представлено на Фиг.2) можно с его помощью перемещать раму 9 для удерживания ствола дерева относительно земли и силового агрегата.

Повал дерева и действие устройства такие же, как было описано в Примере 1.

Реферат

Изобретение относится к лесной промышленности. Предметом изобретения является валка деревьев путем выкорчевывания их с использованием гидравлического оборудования, где силовой агрегат присоединен к раме для удерживания ствола дерева, к несущей раме и к подъемному цилиндру. Рама для удерживания ствола дерева присоединена к механизму для удерживания ствола, способному захватывать дерево с помощью рычагов. Рама для удерживания ствола дерева присоединена к толкающему рабочему цилиндру, а несущая рама присоединена с возможностью поворота к опорному вальцу, и в случае сочлененной компоновки несущей рамы перемещение двух частей несущей рамы выполняют с помощью регулировочного узла. Верхняя часть толкающего рабочего цилиндра присоединена к любой части несущей рамы. Другой конец подъемного рабочего цилиндра присоединен к несущей раме или, в случае жесткосоединенной компоновки несущей рамы, один конец регулировочного узла присоединен к ней, в то время как другой конец присоединен к толкающему рабочему цилиндру. Подъемный рабочий цилиндр может быть присоединен к раме для удерживания ствола дерева напрямую или через шарнирно сочлененную силовую передачу. Это позволит упростить конструкцию, обеспечить ее надежность, безопасность действия и пригодность для валки деревьев в широком диапазоне размеров. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула