The Formation of a Track by the Propulsion of a Forestry Machine on the Slope of the Thawing Soil in the Permafrost Zone, Taking into Account the Effect of Solifluction
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-3-140-152Keywords:
forests on the slopes, forests on permafrost, logging, forestry machines, skidding systems, solifluction, track formationAbstract
In the Russian Federation, a significant part of the forest fund territory is located on permafrost. Many regions of the country have large reserves of mature and overmature commercial forests, and a significant part of these reserves are located in hard-to-reach places, not only due to the underdeveloped road network, but also due to the difficult terrain. Currently, the vast majority of timber harvesting in Russia is carried out using modern machine complexes, mainly including wheeled forestry machines of various layouts and purposes (harvesters, forwarders, skidders, etc.). At the same time, the problem of the negative impact on the soil of forestry machines and skidding systems based on them not only remains relevant, but becomes even more acute, since the ecosystems of mountain forests, forests on the slopes of hills, etc. are among the most vulnerable, subject to water and wind erosion. As is known, the track in the soil is formed under the influence of normal load transmitted through the contact spot of the mover, as well as under the influence of the tangential force realized by the mover when moving the machine. When lifting a machine onto a slope, the tangential tractive effort of the propulsion is required than when moving across the plain. Consequently, the intensity of track formation on the slope is higher, all other things being equal. Machine systems are known where, when working on slopes, winches are used to help machines go down and up the slope. Winches can be either separate units or units integrated into the transmission of machines. The research has shown that using winches when lifting the machine onto a slope significantly reduces fuel consumption and transmission loads, which is a consequence of a decrease in the tangential tractive effort required to move the machine, realized by the engine. Then the intensity of track formation on the slope when the machine is working with a winch is less compared to working without a winch.
Downloads
References
Григорьева О.И. Особенности естественного лесовосстановления в условиях криолитозоны // Актуал. направления науч. исследований XXI в.: теория и практика. 2018. Т. 6, № 4(40). С. 25–29. Grigoreva O.I. Features of Natural Reforestation in the Conditions of the Cryolithozone. Aktual’nye napravleniya nauchnykh issledovanij XXI veka: teoriya i praktika = Actual Directions of Scientific Research of the XXI Century: Theory and Practice, 2018, vol. 6, no. 4(40), pp. 25–29. (In Russ.).
Григорьева О.И. Эффективность транспортно-технологических систем для лесного хозяйства // Транспортные и транспортно-технологические системы: материалы Междунар. науч.-техн. конф., Тюмень, 19 апр. 2018 г. / отв. ред. Н.С. Захаров. Тюмень, 2018. С. 79–83. Grigoreva O.I. Efficiency of Transport and Technological Systems for Forestry. Transport and Transport-Technological Systems: Materials of the International Scientific and Technical Conference (Tyumen’, April 19, 2018). Ed.-in-chief N.S. Zakharov. Tyumen, 2018, pp. 79–83. (In Russ.).
Григорьева О.И., Гринько О.И., Николаева Ф.В. Лесопожарные транспортно-технологические комплексы на базе колесных форвардеров // Транспортные и транспортно-технологические системы: материалы Междунар. науч.-техн. конф., Тюмень, 15 апр. 2021 г. / отв. ред. Н.С. Захаров. Тюмень, 2021. С. 55–58. Grigoreva O.I., Grinko O.I., Nikolaeva F.V. Forest Fire Transport and Technological Complexes Based on Wheeled Forwarders. Transport and Transport-Technological Systems: Materials of the International Scientific and Technical Conference (Tyumen՚, April 15, 2021). Ed.-in-chief N.S. Zakharov. Tyumen, 2021, pp. 55–58. (In Russ.).
Григорьева О.И., Давтян А.Б., Гринько О.И., Войнаш С.А. Концепция универсальной машины для выполнения лесохозяйственных работ и тушения лесных пожаров // Машиностроение: новые концепции и технологии: Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, Красноярск, 20 окт. 2020 г. Красноярск, 2020. С. 45–49. Grigoreva O.I., Davtyan A.B., Grinko O.I., Voynash S.A. The Сoncept of a Universal Machine for Performing Forestry Work and Extinguishing Forest Fires. Mechanical Engineering: New Concepts and Technologies: All-Russian Scientific and Practical Conference for Students, Postgraduates and Young Scientists (Krasnoyarsk, October 20, 2020). Krasnoyarsk, 2020, pp. 45–49. (In Russ.).
Григорьева О.И., Нгуен Ф.З. Лесные плантации для сырьевого обеспечения деревоперерабатывающих предприятий // Повышение эффективности лесного комплекса: материалы 3-й Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием, Петрозаводск, 30 мая 2017 г. Петрозаводск, 2017. С. 59–61. Grigoreva O.I., Nguyen F.Z. Forest Plantations for Raw Material Supply of Wood-Processing Enterprises. Improving the Efficiency of the Forest Complex: Materials of the 3rd All-Russian Scientific and Practical Conference with International Participation (Petrozavodsk, May 30, 2017). Petrozavodsk, 2017, pp. 59–61. (In Russ.).
Каляшов В.А., Григорьев И.В., Иванов В.А., Юдилевич А.М., Бурмистрова О.Н., Охлопкова М.К., Григорьева О.И. Особенности лесных почвогрунтов криолитозоны как объекта воздействия движителей лесных машин // Системы. Методы. Технологии. 2023. № 4(60). С. 94–101. Kalyashov V.A., Grigoriev I.V., Ivanov V.A., Yudilevich A.M., Burmistrova O.N., Okhlopkova M.K., Grigorieva O.I. Features of Forest Soils of the Cryolithozone as an Object of Influence of Forest Machinery Movers. Sistemy. Metody. Tekhnologii = Systems. Methods. Technologies, 2023, no. 4(60), pp. 94–101. (In Russ.).
Каляшов В.А., До Туан А., Хитров Е.Г., Григорьева О.И., Гурьев А.Ю., Новгородов Д.В. Современные системы машин и технологии заготовки древесины и лесовосстановления в условиях горных лесосек // Resources and Technology. 2022. Т. 19, № 2. С. 1–47. Kalyashov V.A., Do Tuan A., Hitrov E.G., Grigoreva O.I., Gur’ev A.Yu., Novgorodov D.V. Modern Systems of Machinery and Technologies for Timber Harvesting and Reforestation in Mountain Forests. Resources and Technology, 2022, vol. 19, no. 2, pp. 1–47. (In Russ.). https://doi.org/10.15393/j2.art.2022.6163
Константинов П.Я., Аргунов Р.Н., Герасимов Е.Ю., Угаров И.С. О связи глубины сезонного протаивания с межгодовой изменчивостью средней годовой температуры грунтов // Криосфера Земли. 2006. Т. X, № 3. С. 15–22. Konstantinov P.Ya., Argunov R.N., Gerasimov E.Y., Ugarov I.S. On the Relationship between Seasonal Thaw Depth and Interannual Variation of Mean Annual Ground Temperature. Kriosphera Zemli = Earth’s Cryosphere, 2006, vol. X, no. 3, pp. 15–22. (In Russ.).
Кулижский С.П. Оценка физического состояния почв на основе зависимости потенциала (давления) почвенной влаги от влажности // Современные проблемы мерзлотного почвоведения и прикладной экологии Севера: материалы Всерос. на-уч.-практ. конф., Якутск, 29–30 марта 2012 г. Якутск: СВФУ, 2013. С. 48–63. Kulizhskiy S.P. Assessment of the Physical Condition of Soils Based on the Dependence of Soil Moisture Potential (Pressure) on Humidity. Current Problems of Permafrost Soil Science and Applied Ecology of the North: Materials of the All-Russian Scientific and Practical Conference (Yakutsk, March 29–30, 2012). Yakutsk, NEFU Publ., 2013, pp. 48–63. (In Russ.).
Куницкая О.А., Чернуцкий Н.А., Дербин М.В., Рудов С.Е., Григорьев И.В., Григорьева О.И. Машинная заготовка древесины по скандинавской технологии. СПб.: Изд.-полигр. ассоц. высш. учеб. заведений, 2019. 192 с. Kunitskaya O.A., Chernutskiy N.A., Derbin M.V., Rudov S.E., Grigorev I.V., Grigoreva O.I. Machine Harvesting of Wood Using Scandinavian Technology. St. Petersburg, Publishing and Printing Association of Higher Educational Institutions, 2019. 192 p. (In Russ.).
Лейбман М.О. Динамика слоя сезонного оттаивания пород и методика измерения его глубины в различных ландшафтах Центрального Ямала // Криосфера Земли. 2001. Т. V, № 3. С. 17–24. Leibman M.O. Dynamics of the Layers of Seasonal Thawing of Rocks and Methods for Measuring its Depth in Various Landscapes of Central Yamal. Kriosphera Zemli = Earth’s Cryosphere, 2001, vol. V, no. 3, pp. 17–24. (In Russ.).
Никифорова А.И., Григорьева О.И. Моделирование воздействия движителей лесных машин на почвы лесосек // Актуал. направления науч. исследований XXI в.: теория и практика. 2015. Т. 3, № 5-4(16-4). С. 320–323. Nikiforova A.I., Grigoreva O.I. Modeling of the Impact of the Propulsion of Forest Machines on the Soil of the Cutting Area. Aktual’nye napravleniya nauchnykh issledovanij XXI veka: teoriya i praktika = Actual Directions of Scientific Research of the XXI century: Theory and Practice, 2015, vol. 3, no. 5-4(16-4), pp. 320–323. (In Russ.). https://doi.org/10.12737/16269
Никифорова А.И., Григорьева О.И., Киселев Д.С., Хахина А.М., Рудов М.Е. Оценка экологической безопасности работы лесных машин // Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона: материалы Междунар. науч.-практ. форума, Хабаровск, 25–26 окт. 2012 г. Хабаровск: ТГУ, 2013. С. 134–138. Nikiforova A.I., Grigoreva O.I., Kiselev D.S., Khakhina A.M., Rudov M.E. Assessment of Environmental Safety of Forestry Machines. Natural Resources and Ecology of the Far Eastern Region: Materials of the International Scientific and Practical Forum (Khabarovsk, October 25–26, 2012). Khabarovsk, TSU Publ., 2013, pp. 134–138. (In Russ.).
Никифорова А.И., Хитров Е.Г., Пелымский А.А., Григорьева О.И. Определение осадки при движении лесозаготовительной машины по двуслойному основанию // Уч. зап. Петрозав. гос. ун-та. Сер.: Естеств. и техн. науки. 2014. № 2(139). С. 87–91. Nikiforova A.I., Khitrov E.G., Pelymskiy A.A., Grigor’eva O.I. Two-Layer Ground Draught Definition under Logging Machine Passage. Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Estestvennye i tekhnickesikye nauki = Proceedings of Petrozavodsk State University. Series: Natural and Engineering Sciences, 2014, no. 2(139), pp. 87–91. (In Russ.).
Рудов С.Е., Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Куницкая О.А., Григорьев М.Ф., Пучнин А.Н. Особенности учета состояния массива мерзлых грунтов при циклическом взаимодействии с трелевочной системой // Лесотехн. журн. 2019. Т. 9, № 1(33). С. 116–128. Rudov S.E., Shapiro V.Ya., Grigorev I.V., Kunitskaya O.A., Grigor’ev M.F., Puchnin A.N. Features of Taking into Account the Condition of Frozen Soils Solid Mass in Cyclic Interaction with the Skidding System. Lesotekhnicheskiy zhurnal = Forestry Engineering Journal, 2019, vol. 9, no. 1(33), pp. 116–128. (In Russ.). https://doi.org/10.12737/article_5c92016f49c838.40242030
Рудов С.Е., Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Куницкая О.А., Григорьева О.И. Исследование процесса разрушения мерзлых и оттаивающих почвогрунтов при воздействии трелевочной системы // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 2. С. 101–117. Rudov S.E., Shapiro V.Ya., Grigorev I.V., Kunitskaya O.A., Grigoreva O.I. The Study of the Destruction Process of Frozen and Thawing Soils Exposed to the Skidding System. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2020, no. 2, pp. 101–117. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-2-101-117
Саввинов Д.Д. Гидротермический режим почв в зоне многолетней мерзлоты. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1976. 254 с. Savvinov D.D. Hydrothermal Regime of Soils in the Permafrost Zone. Novosibirsk, Nauka Publ. (Siberian Department), 1976. 254 p. (In Russ.).
Саввинов Д.Д. Фундаментальные и прикладные проблемы мерзлотного почвоведения // Современные проблемы мерзлотного почвоведения и прикладной экологии Севера: материалы Всерос. науч.-практ. конф., Якутск, 29–30 марта 2012 г. Якутск: СВФУ, 2013. С. 9–17. Savvinov D.D. Fundamental and Applied Issues of Permafrost Soil Science. Current Problems of Permafrost Soil Science and Applied Ecology of the North: Materials of the All-Russian Scientific and Practical Conference (Yakutsk, March 29–30, 2012). Yakutsk, NEFU Publ., 2013, pp. 9–17. (In Russ.).
Тетеревлева Е.В., Гринько О.И., Григорьева О.И. Транспортно-технологические машины для тушения лесных пожаров на базе колесных вездеходов // Транспортные и транспортно-технологические системы: материалы Междунар. науч.-техн. конф., Тюмень, 22 окт. 2020 г. / отв. ред. Н.С. Захаров. Тюмень, 2020. С. 374–377. Teterevleva E.V., Grin’ko O.I., Grigoreva O.I. Transport and Technological Vehicles for Extinguishing Forest Fires Based on Wheeled All-Terrain Vehicles. Transport and Transport-Technological Systems: Materials of the International Scientific and Technical Conference (Tyumen’, October 22, 2020). Ed.-in-chief N.S. Zakharov. Tyumen’, 2020, pp. 374–377. (In Russ.).
Чемшикова Ю.М., Давтян А.Б., Григорьева О.И. Транспортно-технологические системы для лесоразведения на базе гусеничных вездеходов // Транспортные и транспортно-технологические системы: материалы Междунар. науч.-техн. конф., Тюмень, 22 окт. 2020 г. / отв. ред. Н.С. Захаров. Тюмень, 2020. С. 400–403. Chemshikova Yu.M., Davtyan A.B., Grigoreva O.I. Transport and Technological Systems for Afforestation Based on Tracked All-Terrain Vehicles. Transport and Transport-Technological Systems: Materials of the International Scientific and Technical Conference (Tyumen’, October 22, 2020). Ed.-in-chief N.S. Zakharov. Tyumen՚, 2020, pp. 400–403. (In Russ.).
Abdelbaki A.M. Evaluation of Pedotransfer Functions for Predicting Soil Bulk Density for U.S. Soils. Ain Shams Engineering Journal, 2018, vol. 9, iss. 4, pp. 1611–1619. https://doi.org/10.1016/j.asej.2016.12.002
Amoozegar A., Heitman J.L., Kranz C.N. Comparison of Soil Particle Density Determined by a Gas Pycnometer Using Helium, Nitrogen, and Air. Soil Science Society of America Journal, 2023, vol. 87, iss. 1, pp. 1–12. https://doi.org/10.1002/saj2.20476
Gonçalves J.L.M., Alvares C.A., Rocha J.H.T., Brandani C.B., Hakamada R. Eucalypt Plantation Management in Regions with Water Stress. Southern Forests: a Journal of Forest Science, 2017, vol. 79, iss. 3, pp. 169–183. https://doi.org/10.2989/20702620.2016.1255415
Marra E., Laschi A., Fabiano F., Foderi C., Neri F., Mastrolonardo G., Marchi E. Impacts of Wood Extraction on Soil: Assessing Rutting and Soil Com-paction Caused by Skidding and Forwarding by Means of Traditional and Innovative Methods. European Journal of Forest Research, 2022, vol. 141, pp. 71–86. https://doi.org/10.1007/s10342-021-01420-w
Strandgard M., Alam M., Mitchell R. Impact of Slope on Productivity of a Self-Levelling Processor. Croatian Journal of Forest Engineering, 2014, vol. 35, iss. 2, pp. 193–200.
Zhou C., Huang W., Qiu S., Liu Z. A Quantitative Study on the Amount of Water-Retaining Agent Based on Adhesive-Modified Red Bed Weathered Soil. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2021, vol. 80, pp. 3139–3150. https://doi.org/10.1007/s10064-021-02113-9
