Ключевые слова

0536-1036

Известия высших учебных заведений. Лесной журнал

Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal)

ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

10.37482/0536-1036-2026-2-113-123

https://journals.narfu.ru/index.php/fj/article/view/2342

Технологии, машины и оборудование для лесного хозяйства и переработки древесины

TECHNOLOGIES, MACHINERY AND EQUIPMENT IN FOREST MANAGEMENT AND WOOD PROCESSING

Математическое моделирование технологических характеристик полноповоротной лесозаготовительной машины

On the Rational Parameters of the Operation of a Full-Rotation Timber Harvesting Machine

Уразова

А.Ф.

Уразова

А.Ф.

Urazova

Alina F.

urazovaaf@m.usfeu.ru

0000-0003-2771-2334

AAD-2602-2020

Герц

Э.Ф.

Герц

Э.Ф.

Gerts

Eduard F.

gertsef@m.usfeu.ru

0000-0003-0434-7282

O-6331-2018

Уральский государственный лесотехнический университет, ул. Сибирский тракт, д. 37, г. Екатеринбург, Россия, 620100 (Екатеринбург, Россия) Ural State Forest Engineering University, ul. Sibirskiy trakt, 37, Yekaterinburg, Russian Federation, 620100 (Yekaterinburg, Russian Federation)

15 04 2026

2026

2 113 123 13 04 2026 13 04 2026 13 04 2026

2026

Уразова А.Ф., Герц Э.Ф.

Urazova A.F., Gerts E.F.

CC BY 4.0

https://journals.narfu.ru/index.php/fj/article/view/2342

Технологические параметры работы полноповоротной лесозаготовительной машины оказывают существенное влияние на экологическую и эксплуатационную эффективность лесосечных работ. Требование вырубки при сплошных рубках всего ликвидного запаса древостоя предполагает исключение на ленте недоступных для манипулятора участков, возникающих в результате различия расстояний переезда между рабочими стоянками. Ограничение ширины ленты снижает ряд технологических показателей функционирования лесозаготовительной машины: площадь, освоенную с одной стоянки, и, соответственно, общий объем заготовленной древесины. Цель работы – определение рационального сочетания ширины ленты и расстояния переезда в древостоях различной густоты при ее ограничении и допустимых рисках оставления деревьев. Получены аналитические выражения для расчета доступных манипулятору лесозаготовительной машины площадей исходя из расстояния дополнительного переезда и ширины разрабатываемой ленты, вероятности оставления деревьев на недосягаемых участках в зависимости от густоты древостоя и дополнительного расстояния переезда при различных вариантах ограничения ширины ленты. Расcчитаны технологические параметры для лесозаготовительной машины с максимальным вылетом манипулятора 10 м и минимальным – 2 м и древостоев густотой от 300 до 900 дер./га. Приведены площади рабочей зоны при ограничении ширины ленты, площади, вырубаемые с рабочей стоянки, и дополнительные расстояния переезда лесозаготовительной машины при ограничении ширины ленты и заданной вероятности оставления деревьев при различной густоте древостоев. Установлено, что рассмотренные варианты сочетания ширины разрубаемой ленты леса и максимальные расстояния между рабочими стоянками с заданными рисками оставления деревьев в древостоях различной густоты при равных условиях обеспечивают размеры рабочей площади, различающиеся не более чем на 3 %.

The technological parameters of the operation of a full-rotation timber harvesting machine have a significant impact on the ecological and operational efficiency of logging operations. The requirement to harvest the entire merchantable stand during clear-cutting implies avoiding areas on the strip that are inaccessible for the manipulator, which arise due to varying distances between work sites. Limiting the felling strip width reduces several technological performance indicators of the timber harvesting machine, specifically decreasing the area harvested per setting and, consequently, the total harvested timber volume. The aim of the study is to determine the optimal combination of felling strip width and travel distance in stands of varying density, considering strip width limitations and acceptable risks of leaving trees uncut. Analytical expressions were derived to calculate areas accessible to the timber harvesting machine manipulator, based on the distance of ancillary travel, the width of the felled strip, and the probability of leaving uncut trees in inaccessible areas, dependent on stand density and ancillary travel distance under various constraints on strip width. Results of calculations regarding technological parameters are presented for an timber harvesting machine with a maximum manipulator reach of 10 m and a minimum of 2 m, operating in stands with densities from 300 to 900 trees/ha. Specific data provided include the working zone area under strip width constraints, the area harvested per working position, and the necessary ancillary travel distances for various stand densities, given a set probability of leaving trees uncut. Based on the results of the conducted studies, it has been established that the considered options for combining the width of the felling strip and the maximum distances between work sites, with given risks of leaving uncut trees in stands of varying density, under equal conditions, ensure working area sizes that differ by no more than 3 %.

Ключевые слова лесозаготовительная машина ширина ленты расстояние переезда доступность деревьев недоступный для лесозаготовительной машины участок

Keywords logging machine felling strip width travel distance tree accessibility area inaccessible to the logging machine

1. Азаренок В.А., Герц Э.Ф., Мехренцев А.В., Залесов С.В. Сортиментная заготовка древесины. М.: Инфра-М, 2021. 139 с. https://doi.org/10.12737/1141213

2. Арико С.Е., Мохов С.П., Голякевич С.А., Пищов С.Н. Анализ тенденций развития конструкций многооперационных лесозаготовительных машин // Тр. БГТУ. № 2. Лесн. и деревообраб. пром-сть. 2012. № 2. С. 18–20.

3. Безгина Ю.Н., Герц Э.Ф., Залесов С.В., Теринов Н.Н., Уразова А.Ф. Рациональные параметры технических элементов пасеки для манипуляторных лесозаготовительных машин // Хвойные бореал. зоны. 2018. Т. 36, № 4. С. 338–343.

4. Герц Э.Ф. Теоретическое обоснование технологий рубок с сохранением лесной среды (на примере Уральского региона): дис. … д-ра техн. наук. Екатеринбург, 2004. 304 с.

5. Герц Э.Ф., Азаренок В.А., Лившиц Н.В., Мехренцев А.В. Расчет ширины ленты, разрабатываемой манипуляторной полноповоротной лесозаготовительной машиной // Изв. вузов. Лесн. журн. 2002. № 5. С. 47–51.

6. Заикин А.Н., Сиваков В.В., Шевелева Е.В. Методы снижения повреждаемости стволов деревьев при выборочных и санитарных рубках леса // Изв. вузов. Лесн. журн. 2019. № 4. С. 200–211. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.4.200

7. Карпачев С.П., Быковский М.А., Лаптев А.В. Методика выбора манипулятора харвестера // Лесн. вестн. / Forestry bulletin. 2021. Т. 25, № 1. С. 123–129.

8. Кононович Д.А., Мохов С.П., Арико С.Е., Голякевич С.А. Особенности конструкционного исполнения технологического оборудования лесных погрузочно-транспортных машин // Тр. БГТУ. № 2. Лесн. и деревообраб. пром-сть. 2015. № 2(175). С. 59–62.

9. Лагерев А.В., Макулина А.В., Лагерев И.А. Влияние конструктивных характеристик манипулятора харвестера на оптимальные размеры рабочей зоны // Науч.-техн. вестн. Брянск. гос. ун-та. 2024. № 2. С. 111–123. https://doi.org/10.22281/2413-9920-2024-10-02-111-123

10. Лаптев А.В., Матросов А.В. Обоснование конфигурации и геометрических размеров рабочей зоны колесного харвестера // Лесн. вестн. / Forestry Bulletin, 2018. Т. 22, № 5. С. 77–85. https://doi.org/10.18698/2542-1468-2018-5-77-85

11. Макаренко А.В. Эффективность применения лесозаготовительных машин с манипулятором на лесосеке // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 4. С. 120–135. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-4-120-135

12. Обыдёнников В.И., Волков С.Н. Организационно-технические элементы лесоводственных систем и их географические особенности // Глобализация и эколого-экономическое развитие регионов. 2015. С. 32–39.

13. Сиваков В.В., Заикин А.Н. К вопросу о снижении повреждаемости стволов деревьев при рубках леса // Подготовка кадров в условиях перехода на инновационный путь развития лесного хозяйства. 2021. С. 261–264.

14. Сюнев В.С. Обоснование выбора систем машин для рубок ухода: дис. ... д-ра техн. наук. Петрозаводск, 2000. 405 с.

15. Швецов А.С., Кривошеев А.А., Должиков И.С., Григорьев И.В., Курочкин П.А., Григорьева О.И. Рациональные приемы выполнения рубок лесных насаждений универсальной лесозаготовительной машиной // Вестн. АГАТУ. 2024. № 1(13). С. 48–65.

16. Юшкевич М.В., Шиман Д.В., Климчик Г.Я., Бельчина О.Г., Клыш А.С. Некоторые особенности влияния рубок леса на содержание химических элементов в хвойных фитоценозах и почве в условиях Негорельского учебно-опытного и Минского лесхозов // Тр. БГТУ. Сер. 1: Лесн. хоз-во, природопользование и перераб. возобновляемых ресурсов. 2021. № 1(240). С. 42–51.

17. Dorokhov A., Kirsanov V., Pavkin D., Shilin D., Shestov D., Ruzin S. Calculation of the Manipulator’s Kinematic Model and Mounting Points of the Drive Equipment. Advances in Intelligent Systems and Computing, 2020, vol. 1072, pp. 339–348. https://doi.org/10.1007/978-3-030-33585-4_34

18. Grigorev I., Kunickaya O., Burgonutdinov A., Tikhonov E., Makuev V., Egipko S., Hertz E., Zorin M. Modeling the effect of wheeled tractors and skidded timber bunches on forest soil compaction. Journal of Applied Engineering Science, 2021, vol. 19, no. 2, pp. 439–447. https://doi.org/10.5937/jaes0-28528

19. Hertz E., Guriev A., Druzyanova V., Revyako S., Markov O., Perfiliev P., Grigorev I. Impact Assessment of Different Propulsion Systems in Forestry Machinery on Soil Properties. Mathematical Modelling of Engineering Problems, 2024, vol. 11, no. 1, pp. 133–140. https://doi.org/10.18280/mmep.110114

20. Nesmiyanov I.A., Nikolaev M.E., Sharipov R.V. Justification of Parameters of the Executive Drive of a Robotic Manipulator of a Loading and Transport Unit. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science "International Conference on Engineering Studies and Cooperation in Global Agricultural Production", 2021, p. 012032. https://doi.org/10.1088/1755-1315/659/1/012032

21. Svoikin F.V., Svoikin V.F., Rossikhin K.V., Borozna A.A., Taraban M.V., Maksimov P.P., Kovtun M.A. Modernization of Skidding and Primary Removal of Wood in the Vologda Region Through the Use of Relevant Domestic Solutions. E3S Web of Conferences, 2024, vol. 515, p. 03022. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202451503022

1. Azarenok V.A., Gerts E.F., Mekhrentsev A.V., Zalesov S.V. Assortment Harvesting of Wood. 2021. 139 p. (In Russ.). https://doi.org/10.12737/1141213

2. Ariko S.E., Mokhov S.P., Golyakevich S.A., Pishchov S.N. Analysis of Development Trends in the Designs of Multi-operational Logging Machines. Proceedings of BSTU. Forestry and Woodworking Industry. Minsk, 2012, no. 2, pp. 18–20. (In Russ.).

3. Bezgina Yu.N., Gerts E.F., Zalesov S.V., Terinov N.N., Urazova A.F. Rational Parameters of Technical Elements of an Apiary for Manipulator Logging Machines. Khvoinye borealnye zony = Conifers of the Boreal Zone, 2018, vol. 36, no. 4, pp. 338–343. (In Russ.).

4. Gerts E.F. Theoretical Justification of Logging Technologies with Preservation of the Forest Environment (Using the Ural Region as an Example). Doctoral Thesis (Technical Sciences). Ekaterinburg, 2004. 304 p. (In Russ.).

5. Gerts E.F., Azarenok V.A., Livshits N.V., Mekhrentsev A.V. Calculation of the Strip Width Developed by a Manipulator Full-Turn Logging Machine. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2002, no. 5, pp. 47–51. (In Russ.).

6. Zaikin A.N., Sivakov V.V., Sheveleva E.V. Methods for Reducing Damage to Tree Trunks During Selective and Sanitary Logging. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2019, no. 4, pp. 200–211. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.4.200

7. Karpachev S.P., Bykovsky M.A., Laptev A.V. Methodology for Selecting a Harvester Manipulator. Lesnoy vestnik = Forestry Bulletin, 2021, vol. 25, no. 1, pp. 123–129. (In Russ.). https://doi.org/10.18698/2542-1468-2021-1-123-129

8. Kononovich D.A., Mokhov S.P., Ariko S.E., Golyakevich S.A. Features of the Design of Technological Equipment of Forest Loading and Transport Machines. Proceedings of BSTU. Forestry and Woodworking Industry. Minsk, 2015, no. 2(175), pp. 59–62. (In Russ.).

9. Lagerev A.V., Makulina A.V., Lagerev I.A. Influence of the Design Characteristics of the Harvester Manipulator on the Optimal Dimensions of the Working Area. Nauchno-tekhnicheskii vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta = Scientific and Technical Bulletin, Bryansk, Bryansk State University, 2024, no. 2, pp. 111–123. (In Russ.). https://doi.org/10.22281/2413-9920-2024-10-02-111-123

10. Laptev A.V., Matrosov A.V. Justification of the Configuration and Geometric Dimensions of the Working Area of a Wheeled Harvester. Lesnoy vestnik = Forestry Bulletin, 2018, vol. 22, no. 5, pp. 77–85. (In Russ.). https://doi.org/10.18698/2542-1468-2018-5-77-85

11. Makarenko A.V. Efficiency of Using Logging Machines with a Manipulator in a Logging Area. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2023, no. 4, pp. 120–135. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-4-120-135

12. Obydennikov V.I., Volkov S.N. Organizational and Technical Elements of Forestry Systems and Their Geographical Features. Globalizatsiya i ehkologo-ehkonomicheskoe razvitie regionov = Globalization and Ecological and Economic Development of Regions, 2015, pp. 32–39. (In Russ.).

13. Sivakov V.V., Zaikin A.N. On the Issue of Reducing Damage to Tree Trunks During Logging. Podgotovka Kadrov v Usloviyakh Perekhoda na Innovatsionnyi Put Razvitiya lesnogo khozyaistva = Training of Personnel in the Context of the Transition to an Innovative Path of Forestry Development, 2021, pp. 261–264. (In Russ.).

14. Sunev V.S. Justification of the Choice of Machine Systems for Thinning: Doc. Techn. Sci. Diss. Petrozavodsk, 2000. 405 p. (In Russ.).

15. Shvetsov A.S., Krivosheev A.A., Dolzhikov I.S., Grigoriev I.V., Kurochkin P.A., Grigorieva O.I. Rational Methods for Felling Forest Stands with a Universal Logging Machine. Vestnik AGATU = AGATU Bulletin, 2024, no. 1(13), pp. 48–65. (In Russ.).

16. Yushkevich M.V., Shiman D.V., Klimchik G.Yа., Belchina O.G., Klysh A.S. Some Features of the Influence of Logging on the Content of Chemical Elements in Coniferous Phytocenoses and Soil in the Conditions of the Negorelsky Educational-Experimental and Minsk Forestry Enterprises. Trudy BGTU. Lesnoe khoz-vo, prirodopol'zovanie i pererab. vozobnovlyaemykh resursov = Proceedings of BSTU. Forestry, Nature Management, Processing of Renewable Resources, 2021, no. 1(240), pp. 42–51. (In Russ.).