ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2026.257.352-368isplta-710Research ArticleТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОЗАГОТОВОКTECHNOLOGY AND EQUIPMENT OF LOGGING INDUSTRIESМетодика определения силовых характеристик копания почвы рабочим органом выкопочного оборудования при заготовке крупномерного посадочного материалаMethodology for determining the power characteristics of digging on-site using organic digging equipment during the preparation of large-sized planting materialДручининД. Ю.DruchininD. Yu.

Дручинин Денис Юрьевич – заведующий кафедрой механизации лесного хозяйства и проектирования машин, доцент, кандидат технических наук

394087, ул. Тимирязева, д. 8, г. Воронеж 

Druchinin Denis Yu. – PhD (Technical), Head of the Department of Mechanization and Machine Design, Associate Professor

394087. Timiryazeva str. 8. Voronezh 

druchinin.denis@rambler.ruДорнякО. Р.DornyakO. R.

Дорняк Ольга Роальдовна – профессор кафедры электротехники, теплотехники и гидравлики, доктор технических наук

394087, ул. Тимирязева, д. 8, г. Воронеж 

Dornyak Olga R. – DSc (Technical), Professor, Department of Electrical Engineering, Heat Engineering and Hydraulics

394087. Timiryazeva str. 8. Voronezh 

ordornyak@mail.ruВоскобойникМ. Ю.VoskoboynikM. Yu.

Воскобойник Михаил Юрьевич – аспирант кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин

394087, ул. Тимирязева, д. 8, г. Воронеж 

Voskoboynik Mikhail Yu. – PhD student, Department of Forestry Mechanization and Machine Design

394087. Timiryazeva str. 8. Voronezh 

tablock9@gmail.comВоронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. МорозоваРоссияVoronezh State University of Forestry and TechnologiesRussian Federation2026290420261257352368Copyright © Дручинин Д.Ю., Дорняк О.Р., Воскобойник М.Ю., 20262026Дручинин Д.Ю., Дорняк О.Р., Воскобойник М.Ю.Druchinin D.Y., Dornyak O.R., Voskoboynik M.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/710

Крупномерный посадочный материал – особый вид продукции лесных и декоративных питомников, активно применяемый в озеленительных и ландшафтных работах. В лесном хозяйстве саженцы-крупномеры имеют перспективу применения для создания лесосеменных плантаций и реконструкции лесных насаждений в городской черте. При заготовке крупномеров требуется применение специального выкопочного оборудования, позволяющего механизированно получить саженцы с сохранением прикорневого почвенного кома при выкопке. Целью работы является разработка методики определения главного момента сил сопротивления рабочего органа выкопочного оборудования, который в процессе подкопки растения совершает вращательное движение вокруг неподвижной оси. Определение главного момента сил сопротивления любой почвенной структуры, в том числе и с растительными включениями (например, корнями), подразумевает реализацию серии экспериментальных исследований. Силы сопротивления почвы изменяются в зависимости от положения подкапывающего рабочего органа, для математического описания процесса поворота которого используется дифференциальное уравнение изменения кинетического момента. При этом в течение одного цикла (поворота рабочего органа) экспериментально определяются сила давления в гидроцилиндре и скорость поршня гидроцилиндра. На основании выполненных лабораторных экспериментов для разработанной выкопочной машины выполнен расчет зависимостей ряда основных кинематических и силовых характеристик: угла поворота, угловой скорости, углового ускорения и момента силы сопротивления грунта относительно оси вращения рабочего органа. Разработанная методика применима для оценки силовых характеристик и других сходных по рабочему процессу технологических машин (землеройные, дорожно-строительные и т.д.). Полученные по итогам расчетов данные возможно использовать для выполнения оптимизации конструктивных параметров разрабатываемой техники.

Large-sized planting stock is a special type of product from forest and ornamental nurseries, widely used in landscaping and greening. In forestry, large-sized seedlings have potential for use in establishing forest seed plantations and reforestation within urban areas. Harvesting large-sized seedlings requires specialized digging equipment, allowing for mechanized harvesting of seedlings while preserving the root ball during digging. The aim of this study is to develop a method for determining the principal moment of resistance of the digging tool, which rotates around a fixed axis during digging. Determining the principal moment of resistance of any soil structure, including those containing plant inclusions (e.g., roots), requires a series of experimental studies. Soil resistance forces vary depending on the position of the digging tool, and a differential equation for the change in kinetic momentum is used to mathematically describe the rotation process. During one cycle (rotation of the working element), the pressure force in the hydraulic cylinder and the piston speed of the hydraulic cylinder are experimentally determined. Based on laboratory experiments, the relationships of several key kinematic and force characteristics were calculated for the developed excavating machine: rotation angle, angular velocity, angular acceleration, and the moment of soil resistance relative to the axis of rotation of the working element. The developed methodology is applicable to assessing the force characteristics of other technological machines with similar operating processes (earthmoving, road construction, etc.). The data obtained from the calculations can be used to optimize the design parameters of the developed equipment.

лесное хозяйствоозеленениекрупномерный посадочный материалвыкопка саженцеввыкопочная машинаподкапывающий рабочий органсопротивление копаниюforestrylandscapinglarge-sized planting materialdigging of seedlingsdigging machinedigging tooldigging resistanceReferencesБерестов Е.И., Стригоцкая А.П. Теоретические основы расчета сопротивлений при косом резании грунта // ИВУЗ. Строительство. 2003. №4 (532). С. 101–107.Berestov E.I., Strigotskaya A.P. Theoretical foundations of calculating resistances during oblique cutting of soil. NHEI. Construction, 2003, no. 4(532), pp. 101–107. (In Russ.)Бурый Г.Г., Щербаков В.С., Скобелев С.Б., Ковалевский В.Ф. Совершенствование конструкции ковша гидравлического экскаватора // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2019. Т. 16, №3 (67). С. 202–213. DOI: 10.26730/1816-4528-2019-2-46-51.Bury G.G., Poteryaev I.K., Skobelev S.B., Kovalevsky V.F. Research of forces resistance forces on a new structure of a bucket hydraulic excavator. Mining equipment and electromechanics, 2020, no. 2(142), pp. 46–51. DOI: 10.26730/1816-4528-2019-2-46-51. (In Russ.)Бурый Г.Г., Потеряев И.К., Скобелев С.Б., Ковалевский В.Ф. Сравнение процесса копания стандартным ковшом экскаватора и ковшом новой конструкции // Горное оборудование и электромеханика. 2020. №1 (147). С. 37–44. DOI: 10.26730/1816-4528-2020-1-37-44.Bury G.G., Shcherbakov V.S., Skobelev S.B., Kovalevsky V.F. Improvement of the hydraulic excavator bucket design. Bulletin of the Siberian State Automobile and Road University, 2019, vol. 16, no. 3(67), pp. 202–213. DOI: 10.26730/1816-4528-2019-2-46-51. (In Russ.)Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами: учеб. пособие. М.: Машиностроение, 1971. 357 с.Dombrovskiy N.G. Earth-moving machines, vol. 1: manual. Moscow: Gosstroyizdat, 1961. 651 p. (In Russ.)Горячкин В.П. Собрание сочинений в трех томах. Т. 1 /под ред. Н.Д. Лучинского. М.: Колос, 1965. 720 с.Drapalyuk M.V., Druchinin D.Yu. Utility Model Patent No. 99277 U1 of the Russian Federation, IPC A01C 11/00. Plant lifter: No. 2010111038/12. Appl. 03/23/2010, publ. 11/20/2010. (In Russ.)Домбровский Н.Г. Землеройные машины. Т. 1: учеб. пособие. М.: Госстройиздат, 1961. 651 с.Druchinin D.Yu. Mechanization of the perspective technique for large sapling lifting with clods. Bulletin of KrasSAU, 2011, no. 6 (57), pp. 132–134. (In Russ.)Драпалюк М.В., Дручинин Д.Ю. Патент на полезную модель № 99277 U1 РФ, МПК A01C 11/00. Выкопочная машина: № 2010111038/12. Заявл. 23.03.2010, опубл. 20.11.2010.Druchinin D.Yu. Creation of forest seed plantations using large-scale planting material. Improving the efficiency of the forest complex: proceedings of the Sixth AllRuss. nat. sci.-pract. conf. with int. part. Petrozavodsk, 2020, pp. 57–59. (In Russ.)Дручинин Д.Ю. Механизация перспективного способа выкопки крупномерных саженцев с комом почвы // Вестник КрасГАУ. 2011. №6 (57). С. 132–134.Goryachkin V.P. Collected works in three volumes. Vol. 1 / ed. by N.D. Luchinsky. Moscow: Kolos, 1965. 720 p. (In Russ.)Дручинин Д.Ю. Создание лесосеменных плантаций с использованием крупномерного посадочного материала // Повышение эффективности лесного комплекса: мат. Шестой Всерос. нац. науч.-практ. конф. с межд. уч. Петрозаводск, 2020. С. 57–59.Korotkov V.N. Basic concepts and methods of restoration of natural forests of Eastern Europe. Russian Journal of Ecosystem Ecology, 2017, vol. 2, no. 1, pp. 1–18. DOI: 10.21685/2500-0578-2017-1-1. (In Russ.)Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. М.: Машиностроение, 1975. 422 с.Kumar A.M. Transplantation of Trees-An Informative Manual for Freshers. Bengaluru: IWST, 2022. 80 p.Коротков В.Н. Основные концепции и методы восстановления природных лесов Восточной Европы // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2017. Т. 2, № 1. С. 1–18. DOI: 10.21685/2500-0578-2017-1-1.Litvyakov M.K. Landscaping with forest trees (sorting of tree planting material, its production and use). Rostov: Publishing House, 1976. 144 p. (In Russ.)Литвяков М.К. Озеленение лесными деревьями (сортиментация древесного посадочного материала, его получение и использование). Ростов: Кн. изд-во, 1976. 144 с.Reznik N.E. Theory of cutting with a blade and the basics of calculating cutting attachments: monograph. Moscow: Mashinostroenie, 1975. 311 p. (In Russ.)Резник Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчёта режущих аппаратов: монография. М.: Машиностроение, 1975. 311 с.Vetrov Yu.A. Cutting subsoils with earthmoving machines: textbook. Moscow: Mashinostroenie, 1971. 357 p. (In Russ.)Юдина Н.В., Лысова Е.П., Парамонова О.Н. Разработка методического подхода к формированию и выбору пояса «зеленого каркаса» при обеспечении экологической безопасности городов // Инженерный вестник Дона. 2020. №4 (64). С. 33.Yablonskiy A.A. Course of theoretical mechanics. P. 2: Dynamics. Moscow: Higher School, 1977. 430 p. (In Russ.)Яблонский А.А. Курс теоретической механики. Ч. 2: Динамика. М.: Высшая школа, 1977. 430 с.Yudina N.V., Lysova E.P., Paramonova O.N. Development of methodological approach to formation and selection of the “green belt” while ensuring environmental safety of the cities. Engineering Bulletin of the Don, 2020, no. 4(64). p. 33. (In Russ.)Kumar A.M. Transplantation of Trees-An Informative Manual for Freshers. Bengaluru: IWST, 2022. 80 p.Zelenin A.N., Balovnev V.I., Kerov I.P. Machines for earthworks. Moscow: Mashinostroenie, 1975. 422 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.