Моделирование объёма вороха волочения порубочных остатков, формируемого лесными граблями

Технологическая операция сбора или сгребания порубочных остатков, входящая в состав целого ряда технологических процессов выполнения работ по заготовке древесины или целенаправленного удаления нежелательной древесно-кустарниковой растительности, должна выполняться специализированными техническими средствами под общим названием «лесные грабли». Актуальность исследования определяется отсутствием современных научных работ, оценивающих такой ключевой момент достижения оптимальной производительности лесных грабель, как выявление объёма формируемого ими вороха порубочных остатков. Целью исследования является разработка математической модели формирования объёма вороха порубочных остатков с целью повышения эффективности их сгребания лесными граблями. Объект исследования представлял собой лесные грабли с ломаным профилем зубьев постоянного сечения поверхности и наличием предохранительных устройств, закрепляющиеся на переднюю (преимущественно) или заднюю навеску трактора типа Belarus-82.1. Выявлено, что конструктивные параметры лесных грабель ломаного профиля зубьев (а именно: ширина и высота грабель, длины и углы наклона верхней и нижней частей зуба), параметры сгребаемых лесными граблями порубочных остатков (наибольший размер по длине или размаху веток, угол внутреннего трения, размеры валиков сгребаемой биомассы по обеим сторонам лесных грабель) оказывают непосредственное влияние на взаимодействие лесных грабель с порубочными остатками, формируя объём вороха волочения. Показано, что эффективность сгребания порубочных остатков лесными граблями во многом зависит от производительности их работы, зависящей при этом от комплекса влияющих факторов, связанных с состояниями удаляемой (сгребаемой) и остающейся (на очищаемой территории) растительности, типом почвы и рельефом местности, степенью загрязнения указанной территории. По результатам данной работы авторами предложено на основе многофакторной оптимизации конструктивных параметров принятых в исследование лесных грабель выявить оптимальные величины производительности их работы, что позволит повысить эффективность сгребания лесными граблями формирующихся порубочных остатков.

1. Маганов И.А., Тихонов Е.А., Петруша С.В., Трушевский П.В., Морковин В.А., Куницкая О.А. Исследование энергетического баланса лесных терминалов, функционирующих на биотопливных источниках энергии // Лесотехнический журнал. 2024. № 14(3). С. 5-22. DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2024.3/1.

2. Платонов А.А. Грабли лесные: назначение, область применения, классификация // Лесной вестник. Forestry Bulletin. 2023. № 27(6). С. 139-150. DOI: 10.18698/2542-1468-2023-6-139-150.

3. Рябухин П.Б., Куницкая О.А., Григорьева О.И. Обоснование технологических процессов и систем машин для лесосечных работ // ИВУЗ. Лесной журнал. 2023. № 2(392). С. 88-105. DOI: 10.37482/0536-1036-2023-2-88-105.

4. Трушевский П.В., Должиков И.С., Григорьев И.В., Григорьева О.И., Ревяко С.И., Баранов А.Н. Определение доступного запаса порубочных остатков на лесосеке после сплошной рубки по скандинавской технологии // Resources and Technology. 2024. № 21(3). С. 57-74. DOI: 10.15393/j2.art.2024.7863.

5. Dickens D., Morris L., Clabo D., Ogden L. Pine Straw Raking and Growth of Southern Pine: Review and Recommendations // Forests. 2020. Vol. 11. Art. no. 799. DOI: 10.3390/f11080799.

6. Elliot W., Rhee H. Impacts of Forest Biomass Operations on Forest Hydrologic and Soil Erosion Processes // Trees, Forests and People. 2022. Vol. 7. Art. no. 100186. DOI: 100186.10.1016/j.tfp.2021.100186.

7. Fernandez-Lacruz R., Edlund M., Bergström D., Lindroos O. Productivity and profitability of harvesting overgrown roadside verges – a Swedish case study // International Journal of Forest Engineering. 2020. Vol. 32. P. 1–10. DOI: 10.1080/14942119.2020.1822664.

8. Fokin S., Shportko O., Druchinin D. On shredding of wood raw materials with knives of different designs // BIO Web of Conferences. 2024. Vol. 145. Art. no. 03012. DOI: 10.1051/bioconf/202414503012.

9. Garren A., Bolding M., Barrett S., Aust W.M., Coates T.A. Characteristics of for-est biomass harvesting operations and markets in Virginia // Biomass and Bioenergy. 2022. Vol. 163. Art. no. 106501. DOI: 10.1016/j.biombioe.2022.106501.

10. Kunickaya O., Zyryanov M., Medvedev S., Mokhriev A., Spiridonova A., Perfiliev P., Teppoev A. Efficient Technologies for Harvesting and Reutilizing Logging Residues in Russia: A Sustainable Forestry Approach // Mathematical Modelling of Engineering Problems. 2024. Vol. 11. P. 745-753. DOI: 10.18280/mmep.110319.

11. Kühmaier M., Grünberg J. The Relevance of Criteria and Indicators for Sustainable Timber Harvesting from the Perspective of Different Stakeholders. Journal of Sustainable // Forestry. 2025. Vol. 44. P. 1-21. DOI: 10.1080/10549811.2025.2513229.

12. Laitila J., Väätäinen K. Productivity of harvesting and clearing of brushwood alongside forest roads // Silva Fennica. 2020. Vol. 54, iss. 5. Art. no. 21. DOI: 10.14214/sf.10379.

13. Laitila J., Väätäinen K. Productivity and cost of harvesting overgrowth brushwood from roadsides and field edges // International Journal of Forest Engineering. 2021. Vol. 32, iss. 2. P. 140-154. DOI: 10.1080/14942119.2021.1903790.

14. Louis L.T., Daigneault A., Kizha A.R. Constraints and opportunities in harvesting woody biomass: perspectives of foresters and loggers in the Northeastern United States // International Journal of Forest Engineering. 2024. Vol. 35. P. 1-16. DOI: 10.1080/14942119.2023.2299158.

15. Louis L.T., Kizha A.R., Daigneault A., Han H.-S., Weiskittel A. Factors Affecting Operational Cost and Productivity of Ground-Based Timber Harvesting Machines: a Meta-analysis // Current Forestry Reports. 2022. Vol. 8. P. 38-54. DOI: 10.1007/s40725-021-00156-5.

16. Mcgookin C., Charchi N., Mendonça A., Beretta S., Ellis N. Green waste, an untapped energy source? Reviewing the prospect of green waste as a biomass energy source // Cleaner Waste Systems. 2025. Vol. 11. Art. no. 100273. DOI: 10.1016/j.clwas.2025.100273.

17. Morais G.F. de, Santos J.d.S.G., Han D., Filho L.O.R., Xavier M.G.B., Schimidt L., de Souza H.D., de Castro F.T., de Souza-Esquerdo V.F., Albiero D. Agricultural Machinery Adequacy for Handling the Mombaça Grass Biomass in Agroforestry Systems // Agriculture. 2023, Vol. 13. Art. no. 1416. DOI: 10.3390/agriculture13071416.

18. Nilsson D., Grönlund Ö. Productivity and cost of harvesting roadside brushwood and small trees in Sweden: a simulation study // International Journal of Forest Engineering. 2024. Vol. 35, iss. 1. P. 1-14. DOI: 10.1080/14942119.2024.2336686.

19. Yoshimura T., Suzuki Y., Sato N. Application of System Dynamics Simulation to Assess System Productivity of Forest Harvesting Systems: A Case Study from Japan // Forests. 2025. Vol. 16, iss. 5. Art. no. 734. DOI: 10.3390/f16050734.