Математическая модель модульного принципа подбора системы машин для создания и эксплуатации лесных плантаций

УДК

630*228.7:62.7

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.5.125

Аннотация

Лесные плантации успешно создаются и эксплуатируются во многих странах с середины прошлого века. Более 50 % всей заготавливаемой и перерабатываемой древесины в мире является продукцией целевого лесовыращивания, созданной на лесных плантациях. В Российской Федерации в результате многолетнего, экстенсивного лесопользования, несмотря на огромные лесные запасы и далеко не полное использование расчетной лесосеки, лесоперерабатывающие предприятия начинают ощущать нехватку сырья. Стоимость древесного сырья постоянно растет, что связано с повышением ставок платы за лес на корню, увеличением расходов на эксплуатацию и обслуживание лесных машин импортного производства, ростом курсов доллара и евро. Прежде всего начинающийся сырьевой голод лесоперерабатывающих предприятий и рост стоимости древесного сырья обусловлены постепенным исчерпанием доступных эксплуатационных спелых лесов. При этом среднее расстояние вывозки заготавливаемой в естественных лесах древесины постоянно растет, ежегодно увеличиваются затраты на создание и эксплуатацию лесовозных дорог, а длительный оборот рубки, особенно хвойных пород, усугубляет складывающуюся ситуацию. Одной из проблем, препятствующих в настоящее время эффективному созданию лесных плантаций, является отсутствие в нашей стране научно обоснованной системы машин, способной выполнять весь цикл работ, начиная с посадки (посева) древесных растений и заканчивая сбором древесного урожая и подготовкой территории под новую сукцессию. Очевидно, что данная система машин должна базироваться на модульном принципе построения, включать возможный минимум машин и механизмов, иметь высокий коэффициент технической готовности и низкие удельные эксплуатационные затраты. В статье приведена математическая модель, основанная на модульном принципе подбора системы машин для лесных плантаций.

Сведения об авторах

Р.В . Воронов¹, д-р техн. наук, доц.; ResearcherID: D-7841-2014, ORCID: 0000-0003-0104-6409
О.Б. Марков¹, канд. техн. наук, доц.; ORCID: 0000-0002-2467-9607
И.В. Григорьев², д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: S-7085-2016, ORCID: 0000-0002-5574-1725
А.Б. Давтян³, аспирант; ORCID: 0000-0002-4175-7996

¹Петрозаводский государственный университет, просп. Ленина, д. 33, г. Петрозаводск, Республика Карелия, Россия, 185910; e-mail: rvoronov@petrsu.ru, markovob@yandex.ru
²Якутская государственная сельскохозяйственная академия, ш. Сергеляхское, 3-й км, д. 3, г. Якутск, Россия, 677007; e-mail: silver73@inbox.ru
³Братский государственный университет, ул. Макаренко, д. 40, г. Братск, Иркутская область, Россия, 665709; e-mail: armen_davtyan_2019@inbox.ru

Ключевые слова

лесные плантации, системы машин, модульный принцип построения систем машин

Для цитирования

Воронов Р.В., Марков О.Б., Григорьев И.В., Давтян А.Б. Математическая модель модульного принципа подбора системы машин для создания и эксплуатации лесных плантаций // Лесн. журн. 2019. № 5. С. 125–134. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.5.125

Литература

1. Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель России, выбывших из активного сельскохозяйственного оборота / под ред. Г.А. Романенко. М.: Росинформагротех, 2008. 64 с. [Agroecological State and Prospects for Use of Lands Withdrawn from the Active Agriculture in Russia. Ed. by G.A. Romanenko. Moscow, Rosinformagrotekh Publ., 2008. 64 p.].

2. Вагвелди А., Фехер Ш., Хорват Б., Коман С., Ковач Г., Сабо Л., Цупи И., Григорьев И., Григорьева О., Данилов Д., Куницкая О., Криваш Е. Выращивание и эксплуатация лесных плантаций: моногр. Ужгород: МПП «Гражда», 2016. 132 с. [Vagveldi A., Fehér Sh., Horvath B., Coman S., Kovács G., Sabó L., Copi I., Grigorev I., Grigoreva O., Danilov D., Kunitskaya O., Krivas E. Cultivation and Exploitation of Forest Plantations: Monography. Uzhgorod, MPP “Grazhda” Publ., 2016. 132 p.].

3. Воронов Р.В., Косицын Д.П., Шабаев А.И., Воронова А.М., Щеголева Л.В. Математическая модель задачи планирования многопередельного производства в лесопромышленном комплексе // Уч. зап. Петрозав. гос. ун-та. 2013. № 4(133). С. 101–104. [Voronov R.V., Kositsyn D.P., Shabaev A.I., Voronova A.M., Shchegoleva L.V. Mathematical Model for Multistage Production Planning in Forest Industry Complex. Uchenyye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta [Proceedings of Petrozavodsk State University], 2013, no. 4(133), pp. 101–104].

4. Григорьев И. Runko Group наращивает темпы производства // Леспроминформ. 2018. № 8(138). С. 94–97. [Grigorev I. Runko Group Ramps up Production. LesPromInform, 2018, no. 8(138), pp. 94–97].

5. Григорьев И.В., Григорьева О.И., Вернер Н.Н. Системы машин для создания и эксплуатации лесных плантаций // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2017. Т. 5, № 5(31). С. 438–443. [Grigorev I.V., Grigoreva O.I., Werner N.N. The Machinery for the Creation and Operation of Forest Plantations. Aktual’nyye napravleniya nauchnykh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika, 2017, vol. 5, iss. 5(31), pp. 438–443].

6. Григорьев И.В., Григорьева О.И., Никифорова А.И., Куницкая О.А. Обоснование методики оценки экологической эффективности лесопользования // Вестн. КрасГАУ. 2012. № 6(69). С. 72–77. [Grigoryev I.V., Grigoryeva O.I., Nikiforova A.I., Kunitskaya O.A. Substantiation of the Technique for the Forest Management Ecological Efficiency Estimation. Vestnik KrasGAU [The Bulletin of KrasSAU], 2012, no. 6(69), pp. 72–77].

7. Григорьев И.В., Тихонов И.И., Куницкая О.А. Технология и машины лесосечных работ: учеб. пособие. СПб.: СПбГЛТУ, 2013. 132 с. [Grigorev I.V., Tikhonov I.I., Kunitskaya O.A. Technology and Machines of Logging Operations: Educational Textbook. Saint Petersburg, SPbGLTU Publ., 2013. 132 p.].

8. Григорьев И.В., Хитров Е.Г., Никифорова А.И., Григорьева О.И., Куницкая О.А. Определение энергоемкости продуктов лесопользования в рамках методики оценки экологической эффективности лесопользования // Вестн. Тамбов. ун-та. Сер.: Естеств. и техн. науки. 2014. Т. 19, вып. 5. С. 1499–1502. [Grigoryev I.V., Khitrov E.G., Nikiforova A.I., Grigoryeva O.I., Kunitskaya O.A. Determination of Energy Intensity of Forest Products within Methodology for Assessing Eco-Efficiency of Forest Management. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya: Estestvennyye i tekhnicheskiye nauki [Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences], 2014, vol. 19, iss. 5, pp. 1499–1502].

9. Григорьева О.И. Влияние сильных разреживаний и удобрений на компоненты лесной экосистемы // Актуальные проблемы лесного комплекса. Брянск: БГИТА, 2006. № 13. С. 157–160. [Grigoreva O.I. The Influence of Strong Thinning out and Fertilizers on the Unites of the Forest Ecosystem. Aktual’nyye problemy lesnogo kompleksa, 2006, no. 13, pp. 157–160].

10. Григорьева О.И. Новая машина для проведения рубок ухода за лесом // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3, № 2-2(13-2). С. 116–119. [Grigoreva O.I. A New Machine for Carrying out the Thinning of the Forest. Aktual’nyye napravleniya nauchnykh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika. 2015, vol. 3, no. 2-2(13-2), pp. 116–119]. DOI: 10.12737/11046

11. Желдак В.И. Лесные плантации в системе лесоводства // Вестн. Поволж. гос. технол. ун-та. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2017. № 3(35). С. 5–25. [Zheldak V.I. Forest Plantations in Forestry System. Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta. Seriya: Les. Ekologiya. Prirodopol’zovaniye [Vestnik of Volga State University of Technology. Series: Forest. Ecology. Nature Management], 2017, no. 3(35), pp. 5–25]. DOI: 10.15350/2306-2827.2017.3.5

12. Коман С., Молнар Ш., Сабов В.В. Исследование свойств древесины тополя, ее роль и использование // Леса России в XXI веке: материалы третьей междунар. науч.-практ. интернет-конф. СПб.: СПбГЛТА. 2010 С. 11–16. [Koman S., Molnar Sh., Sabov V.V. The Study of Poplar Wood Properties, Its Role and Use. Forests of Russia in the 21st Century: Proceedings of the 3rd International Scientific and Practical Internet Conference. Saint Petersburg, SPbGLTA Publ., 2010, pp. 11–16].

13. Лесной кодекс Российской Федерации: федер. закон от 04.12.2006 г. № 200-ФЗ (ред. от 03.08.2018). Доступ из справю-правовой системы «Консультант-Плюс» [Forest Code of the Russian Federation: Federal Law of December 04, 2006 No. 200-FZ]. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».

14. Макуев В.А. Научно-методологические основы формирования парка лесосечных машин предприятия: дис. … д-ра техн. наук. М., 2010. 384 с. [Makuyev V.A. Scientific and Methodological Foundations for the Formation of the Logging Machines Park of an Enterprise: Dr. Eng. Sci. Diss. Moscow, 2010. 317 p.].

15. Марков О.Б. Обоснование параметров рычажно-кулачкового механизма динамического лункообразователя для посадки лесных культур: дис. … канд. техн. наук. Петрозаводск, 2006. 163 с. [Markov O.B. Substantiation of the Parameters of the Camand-Lever Arrangement of a Dynamic Dredger for Planting Forest Crops: Cand. Eng. Sci. Diss. Petrozavodsk, 2006. 163 p.].

16. Марковский А.В., Родионов А.В. Рубки ухода в молодняках: как построить лесохозяйственное предприятие: практ. руководство ООО «Лесная территория». М.: Всемирный фонд дикой природы (WWF России), 2018. 51 с. [Markovskiy A.V., Rodionov A.V. Improvement Thinning in Young Stands: How to Build a Forestry Enterprise: A Practical Guidаnce. Moscow, WWF Russia Publ., 2018. 51 p.].

17. Мартынов А.Н., Беляева Н.В., Григорьева О.И. Современные проблемы лесовыращивания. Химический и комплексный уход за лесом: учеб. пособие. СПб.: СПбГЛТА, 2008. 79 с. [Martynov A.N., Belyayeva N.V., Grigoreva O.I. Modern Issues of Forest Cultivation. Chemical and Integrated Care of Forest: Educational Textbook. Saint Petersburg, SPbGLTA Publ., 2008. 79 p.].

18. Мохирев А.П., Григорьев И.В., Куницкая О.А., Григорьева О.И., Войнаш С.А. Совершенствование конструкции полноповоротных лесозаготовительных машин на экскаваторных базах // Строительные и дорожные машины. 2018. № 6. С. 43–49. [Mokhirev A.P., Grigorev I.V., Kunitskaya O.A., Grigoreva O.I., Vainas S.A. Improving the Design of Full Revolving Logging Machines on Excavating Bases. Stroitel’nyye i dorozhnyye mashiny [Construction and Road Building Machinery], 2018, no. 6, pp. 43–49].

19. Онучин Е.М. Перспективный комплекс лесных машин // Науч. журн. КубГАУ. 2013. № 91(07). С. 621–632. [Onuchin E.M. Forecast Center Forest Machine. Nauchnyy zhurnal KubGAU [Scientific Journal of KubSAU], 2013, no. 91(07), pp. 621–632].

20. Титов Е.В. Плантационное лесоводство: учеб. пособие. Воронеж: ВГЛТА, 2012. 101 с. Режим доступа: http://e.lanbook.com/book/ 4078?category_pk=945 (дата обращения: 20.12.2018). [Titov E.V. Plantation Forestry: Educational Textbook. Voronezh, VGLTA Publ., 2012. 101 p.].

21. Ширнин Ю.А., Ширнин А.Ю. Моделирование энергозатрат адаптивно-модульных систем машин при комбинированной трелевке древесины // Вестн.

22. МГУЛ.–Лесн. вестн. 2013. № 3. С. 166–175. [Shirnin Yu.A., Shirnin A.Yu. Simulation of Energy Consumption of Adaptive Modular Systems of Machines in Combined Skidding of Wood. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa – Lesnoy vestnik [Forestry Bulletin], 2013, no. 3, pp. 166–175].

23. Bemmann A., Knust C. AGROWOOD. Kurzumtriebsplantagen in Deutschland und europäische Perspektiven. Berlin, Weiβensee, 2010. 340 S.

24. Borges J.G., Diaz-Balteiro L., McDill M.E., Rodriguez L.C.E. The Management of Industrial Forest Plantations. Dordrecht, Springer, 2016. 543 p.

25. Borovics A. Energetikai célú nyárfatermesztés. Erdészeti lapok cxlii. 2007, Évf. 4, pp. 110–113.

26. Czupy I., Vágvölgyi A., Horváth B. The Biomass Production and Its Technical Backgorund in Hungary. Proceedings of 45th International Symposium on Forestry Mechanisation: “Forest Engineering: Concern, Knowledge and Accountability in Today’s Environment”, Dubrovnik, Croatia, October 8–12, 2012. Dubrovnik, Croatia, FORMEC, 2012, pp. 1–9. DOI: 10.13140/2.1.4711.5207

27. Diaz-Balteiro L., Romero C., Rodriguez L.C. E., Nobre S.R., Borges J.G. Economics and Management of Industrial Forest Plantations. The Management of Industrial Forest Plantations. Dordrecht, Springer, 2014, pp. 121–170. DOI: 10.1007/978-94-017-8899-1_5

28. Evans J., Turnbull J.W. Plantation Forestry in the Tropics: The Role, Silviculture, and Use of Planted Forests for Industrial, Social, Environmental, and Agroforestry

29. Purposes. Oxford, Oxford University Press, 2004. 488 p.

30. Fiala M., Bacenetti J. Economic, Energetic and Environmental Impact in Short Rotation Coppice Harvesting Operations. Biomass and Bioenergy, 2012, vol. 42, pp. 107–113. DOI: 10.1016/j.biombioe.2011.07.004

31. Hansen E.A. Poplar Woody Biomass Yields: A Look to the Future. Biomass and Bioenergy, 1991, vol. 1, iss. 1, pp. 1–7. DOI: 10.1016/0961-9534(91)90046-F

32. Horváth Z., Marosvölgyi B., Idler C., Pecenka R., Lenz H. Storage Problems of Poplar Chips from Short Rotation Plantations with Special Emphasis on Fungal Development. Acta Silvatica et Lignaria Hungarica, 2012, vol. 8, iss. 1, pp. 123–132. DOI: 10.2478/v10303-012-0010-7

33. Karlsson J., Rönnqvist M., Bergström J. An Optimization Model for Annual Harvest Planning. Canadian Journal of Forest Research, 2004, vol. 34, no. 8, pp. 1747–1754. DOI: 10.1139/x04-043

34. McDill M.E. An Overview of Forest Management Planning and Information Management. The Management of Industrial Forest Plantations. Dordrecht, Springer, 2014, pp. 27–59. DOI: 10.1007/978-94-017-8899-1_2

35. Murach D., Murn Y., Hartmann H. Ertragsermittlung und Potenziale von Agrarholz. Forst und Holz, 2008, vol. 6, pp. 18–23.

36. Rodriguez L.C.E., Pasalodos-Tato M., Diaz-Balteiro L., McTague J.P. The Importance of Industrial Forest Plantations. The Management of Industrial Forest Plantations. Dordrecht, Springer, 2014, pp. 3–26. DOI: 10.1007/978-94-017-8899-1_1

37. Sargent C., Bass S. Plantation Politics: Forest Plantations in Development. London, Routledge, 2013. 196 p. DOI: 10.4324/9781315066882

38. Weiskittel A.R. Forest Growth and Yield Models for Intensively Managed Plantations. The Management of Industrial Forest Plantations. Dordrecht, Springer, 2014, pp. 61–90. DOI: 10.1007/978-94-017-8899-1_3

Ссылка на английскую версию:

Mathematical Model of the Modular Approach for Selection of a System of Machines for Creation and Operation of Forest Plantations

MATHEMATICAL MODEL OF THE MODULAR APPROACH FOR SELECTION OF A SYSTEM OF MACHINES FOR CREATION AND OPERATION OF FOREST PLANTATIONS

R.V. Voronov¹, Doctor of Engineering, Assoc. Prof.; ResearcherID: D-7841-2014, ORCID: 0000-0003-0104-6409
O.B. Markov¹, Candidate of Engineering, Assoc. Prof.; ORCID: 0000-0002-2467-9607
I.V. Grigorev², Doctor of Engineering, Prof.; ResearcherID: S-7085-2016, ORCID: 0000-0002-5574-1725
A.B. Davtyan³, Postgraduate Student; ORCID: 0000-0002-4175-7996

¹Petrozavodsk State University, prosp. Lenina, 33, Petrozavodsk, Republic of Karelia, 185910, Russian Federation; e-mail: rvoronov@petrsu.ru, markovob@yandex.ru
²Yakut State Agricultural Academy, sh. Sergelyakhskoye, 3, 3 km, Yakutsk, 677007, Russian Federation; e-mail: silver73@inbox.ru
³Bratsk State University, ul. Makarenko, 40, Bratsk, Irkutsk region, 665709, Russian Federation; e-mail: armen_davtyan_2019@inbox.ru

Forest plantations have been successfully established and operated in many countries since the middle of the past century. More than 50 % of all harvested and processed wood in the world are the products of targeted forest cultivation grown on forest plantations. At the same time, in the Russian Federation, lumber enterprises are running out of raw materials as a result of long-term ongoing extensive forest management in spite of huge forest reserves and hardly full use of the annual cut. The cost of wood raw materials is constantly rising, which is due to an increase in rates for standing timber, expenses for operation and maintenance of forest machines of foreign production, and stronger dollar and euro. First of all, the beginning pressure for raw materials of lumber enterprises and rise in the cost of wood raw materials are driven by the gradual exhaustion of available operational mature forests. Herewith, the average distance of removal of wood harvested in natural forests is constantly increasing; the costs for creation and operation of logging roads has increased year on year; and a long cutting period, especially of coniferous wood, worsens the unfolding situation. One of the problems that currently prevents the effective development of forest plantations is the lack of a scientifically grounded system of machines in our country, capable of performing the entire operation cycle from planting (sowing) of woody plants to wood harvesting and preparing the territory for a new succession. It is evident that this system of machines should be based on the modular approach for its construction, include a probable minimum of machines and mechanisms, have a high coefficient of mechanical availability and low operating costs per unit. The article presents a mathematical model based on the modular approach for constructing systems of machines for forest plantations.

For citation: Voronov R.V., Markov O.B., Grigorev I.V., Davtyan A.B. Mathematical Model of the Modular Approach for Selection of a System of Machines for Creation and Operation of Forest Plantations. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 5, pp. 125–134. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.5.125

Keywords: forest plantations, systems of machines, modular approach for construction of systems of machines.

Поступила 21.01.19 / Received on January 21, 2019