По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 630*372/375 DOI:10.33920/pro-5-2403-01

Оценка устойчивости и работоспособности трелевочного волока на склонах массива оттаивающего почвогрунта при его взаимодействии с колесной лесной машиной*

Каляшов В. А. Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, Е-mail: vit832@yandex.ru
Должиков И. С. Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, Е-mail: vit832@yandex.ru
Шапиро В. Я. Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова
Дьяченко В. М. Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна
Григорьев И. В. Арктический государственный агротехнологический университет
Новиков М. С. Арктический государственный агротехнологический университет

В Российской Федерации значительная часть территории лесного фонда расположена на вечной мерзлоте. Леса на вечной мерзлоте играют глобальную экологическую роль, депонируя большое количество углерода. Однако при достижении возраста перестойного леса, при распаде насаждения этот углерод выбрасывается в атмосферу. Поэтому с экологической точки зрения леса на вечной мерзлоте необходимо рубить по достижении возраста спелости, с соблюдением требований по их восстановлению. Многие перечисленные регионы обладают большими запасами спелых и перестойных эксплуатационных лесов, причем значительная часть этих запасов расположена в труднодоступных местах не только по отношению к развитости дорожной сети, но и по отношению к рельефу местности. В настоящее время подавляющий объем заготовок древесины в России производится при помощи современных машинных комплексов, в основном включающих колесные лесные машины различной компоновки и назначения (харвестеры, форвардеры, скиддеры и т. д.). При помощи специальных технических решений, таких как интегрированные в трансмиссию лебедки или самоходные лебедки (T-winch, ROB, Winch Assist), эти машины с успехом могут эксплуатироваться и на достаточно крутых склонах. При этом проблема негативного воздействия колесных лесных машин и трелевочных систем на их базе не просто остается актуальной, а приобретает еще большую остроту, поскольку экосистемы горных лесов, лесов на склонах сопок и т. д. относятся к наиболее ранимым, подверженным водной и ветровой эрозии. В статье представлена математическая модель, позволяющая осуществлять надежный прогноз глубины образованной колеи и устойчивости участка волока при динамическом взаимодействии колесной лесной машины с почвогрунтом на склонах, с учетом геометрических параметров склона, закономерности колебательного процесса лесной машины с заданными значениями скорости и амортизационными характеристиками элементов колесной пары, профиля участка волока и физико-механических свойств почвогрунта в его границах, веса лесной машины и давления в шинах колесных пар, особенностей оттаивания краевой части массива почвогрунта в непосредственной близости с зоной мерзлоты.

Литература:

1. Абузов А.В. Альтернативные транспортные системы как направление рационального лесозаготовительного процесса // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: материалы международной научно-технической конференции. — Вологда: ВоГТУ, 2012. — С. 60–63.

2. Абузов А.В. Основные технологические направления по освоению горных лесов Дальневосточного региона // Вестник Тихоокеанского государственного университета. — 2013. — №3 (30). — С. 91–100.

3. Абузов А.В. Перспективность внедрения и эксплуатации современных аэростатных систем трелевки // Наука — Хабаровскому краю: материалы восьмого краевого конкурса-конференции молодых ученых и аспирантов (Секция технических наук). — Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2006. — С. 144–154.

4. Абузов А.В., Рябухин П.Б. Аэростатный транспорт для горных лесозаготовок в условиях Дальнего Востока. — Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2013. — 199 с.

5. Григорьев И.В., Макуев В.А., Шапиро В.Я., Рудов М.Е., Никифорова А.И. Расчет показателей процесса уплотнения почвогрунта при трелевке пачки хлыстов // Вестник Московского государственного университета леса — Лесной вестник. — 2013. — №2. — С. 112–118.

6. Каляшов В.А., Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Куницкая О.А., Григорьева О.И. Оценка работоспособности трелевочного волока на склоне массива оттаивающего почвогрунта при циклических статических нагрузках // Resources and Technology. — 2021. — Т.18, №2. — С. 79–95.

7. Лышко А.С., Медведев С.О., Мохирев А.П. Обоснование транспортно-логистических маршрутов на территории Арктики и крайнего севера Красноярского края // Инновации в химико-лесном комплексе: тенденции и перспективы развития. Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. — Красноярск, 2021. — С. 79–82.

8. Лышко А.С., Мохирев А.П., Медведев С.О. Перспективы транспортной инфраструктуры Арктики и Крайнего Севера // Современные машины, оборудование и IT-решения лесопромышленного комплекса: теория и практика. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. — Воронеж, 2021. — С. 235–239.

9. Медведев С.О., Лышко А.С., Мохирев А.П. Особенности транспортно-логистических маршрутов через территорию Арктики и крайнего севера Красноярского края // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. — 2021. — № 3–2 (54). — С. 206–208.

10. Мохирев А.П. Обоснование мероприятий, повышающих доступность древесных ресурсов // Лесоэксплуатация и комплексное использование древесины. Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. — Красноярск, 2021. — С. 173–179.

11. Мохирев А.П., Брагина Н.А., Рукомойников К.П. Обработка статистических данных о климатических условиях северных лесопромышленных регионов // Лесной и химический комплексы — проблемы и решения. Сборник материалов по итогам Всероссийской научно-практической конференции под общей редакцией Ю. Ю. Логинова. — Красноярск, 2021. — С. 37–41.

12. Рудов С.Е., Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Куницкая О.А., Григорьева О.И. Особенности взаимодействия трелевочной системы с оттаивающим почвогрунтом // Лесной вестник. Forestry Bulletin. — 2019. — Т. 23, №1. — С. 52–61.

13. Рудов С.Е., Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Куницкая О.А., Григорьева О.И. Оценка несущей способности мерзлого и оттаявшего грунта при неполной информации о состоянии его взаимодействия с трелевочной системой // Системы. Методы. Технологии. — 2019. — №2 (42). — С. 80–86.

14. Рудов С.Е., Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Куницкая О.А., Григорьева О.И. Моделирование взаимодействия лесных машин с почвогрунтом при работе на склонах // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. — 2021. -№6 (384). — С. 121–134.

15. Рябухин П.Б., Казаков Н.В., Абузов А.В. Анализ состояния и перспектив развития лесопромышленного комплекса Дальневосточного федерального округа. — Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2013. — 207 с.

16. Царапов М.Н. Формирование прочностных характеристик грунтов в процессе оттаивания // Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. — 2007. — №6. — С. 31–34.

17. Шапиро В.Я., Григорьев И.В. Деформация и циклическое уплотнение почвогрунта между грунтозацепами крупногабаритных лесных шин // Техника и технология. — 2006. — №2 (14). — С. 94–100.

18. Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Жукова А.И. Влияние сдвиговых деформаций на процесс циклического уплотнения почвы // Естественные и технические науки. — 2006. — №1 (21). — С. 174–180.

19. Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Жукова А.И., Иванов В.А. Исследование механических процессов циклического уплотнения почвогрунта при динамических нагрузках // Вестник КрасГАУ. — 2008. — №1. — С. 163–175.

20. Cavalli, R. and D. Amishev. Forestry operations in steep terrain — challenges, technology development, current implementation and future opportunities // International Journal of Forest Engineering. International Journal of Forest Engineering. 2019. 30(3): 175–181.

21. Chase, C.W., M. Reiterb, J.A. Homyacka, J. E. Jonesc, E. B. Sucreb. Soil and stream-adjacent area disturbance from tethered logging in Oregon and Washington // Forest Ecology and Management. 2019. 454.

22. Garland, J., F. Belart, R. Crawford, W. Chung, T. Cushing, S. Fitzgerald, P. Green, L. Kincl, B. Leshchinsky, B. Morrissette, J. Sessions, and J. Wimer. Operator safety aspects of logging on steep slopes // Journal of Agromedicine. 2019. 24(2): 138–145.

23. Ghaffariyan, M.R. A Short Review of Efficient Ground-Based Harvesting Systems for Steep and Mountainous Areas // Bulletin of the Transylvania University of Brasov. 2014. Series II: Vol. 7 (56) No. 2–2014.

24. Girvan, J. Steep slope logging — balancing cost safety and productivity // Truck logger BC. 2016, pgs. 54–59.

25. Kremers, J. & Boosten, M. Soil compaction and deformation in forest exploitation // Am J Alternative Agr 2018; 7: 25–31.

26. Lyons, K., J. Sessions and J. Wimer. Design of continuous bridle multiple-stump anchors. International // Journal of Forest Engineering. 2020. Volume 31(1).

* Работа выполнена в рамках научной школы «Инновационные разработки в области лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства» Арктического государственного агротехнологического университета. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-16-00092, https://rscf.ru/project/23-16-00092/.

Вопросы повышения эффективности проведения лесосечных работ на склонах гор и сопок, с соблюдением баланса экономического эффекта и сохранения экосистемы этих лесов, обеспечения оптимальных условий для последующего восстановления, являются очень актуальными в настоящее время, особенно для регионов Сибири и Дальнего Востока [1–4, 15]. В этих регионах значительная часть запасов спелых и перестойных эксплуатационных лесов произрастает на вечной мерзлоте, что вносит свою существенную специфику в процесс лесосечных работ, транспорта леса и лесовосстановления [7–11].

Системы машин и технологические процессы для освоения лесосек на склонах принято рассматривать с точки зрения эксплуатационной эффективности, экологической и производственной безопасности [20–26].

При лесосечных работах на склонах различной конфигурации — крутых и протяженных или длинных, с гребнями и раздробленными при углах наклона α их поверхности до 20° и более — возникают особые условия взаимодействия колесной лесной машины с краевой частью массива почвогрунта, определяющие устойчивость и работоспособность трелевочного волока.

Математическая модель статического взаимодействия колесной пары с участком волока предложена в работе [5], в которой установлены закономерности процесса разрушения массива почвогрунта в пределах заданной трассы движения и получены основные соотношения для определения глубины колеи.

Аналогичные процессы, но при циклических (многократных) нагрузках на почвогрунт при проходе колесной машины по одному и тому же участку волока исследованы в работах [17, 18].

Однократные и циклические процессы статического взаимодействия при лесосечных работах на мерзлых и оттаивающих почвогрунтах на равнинных участках волока подробно рассмотрены в [12, 13], тогда как динамические процессы — в работе [19].

Для Цитирования:
Каляшов В. А., Должиков И. С., Шапиро В. Я., Дьяченко В. М., Григорьев И. В., Новиков М. С., Оценка устойчивости и работоспособности трелевочного волока на склонах массива оттаивающего почвогрунта при его взаимодействии с колесной лесной машиной*. Безопасность и охрана труда в лесозаготовительном и деревообрабатывающем производствах. 2024;3.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: