Формирование колеи движителем лесной машины на склоне оттаивающего почвогрунта криолитозоны с учетом эффекта солифлюкции. C. 140-152

УДК

630*372/375

DOI:

10.37482/0536-1036-2024-3-140-152

Аннотация

В Российской Федерации значительная часть территории лесного фонда расположена на вечной мерзлоте. Многие регионы страны обладают большими запасами спелых и перестойных эксплуатационных лесов, причем значительная часть этих запасов находится в труднодоступных местах, не только ввиду недостаточно развитой дорожной сети, но и из-за сложного рельефа местности. В настоящее время подавляющий объем заготовок древесины в России производится при помощи современных машинных комплексов, в основном включающих колесные лесные машины различных компоновки и назначения (харвестеры, форвардеры, скиддеры и т. д.). При этом проблема негативного воздействия на почву лесных машин и трелевочных систем на их базе не просто остается актуальной, а приобретает еще бóльшую остроту, поскольку экосистемы горных лесов, лесов на склонах сопок и др. относятся к наиболее ранимым, подверженным водной и ветровой эрозии. Как известно, колея в почвогрунте формируется под воздействием нормальной нагрузки, передаваемой через пятно контакта движителя, а также под воздействием касательной силы, реализуемой движителем при перемещении машины. При подъеме машины на склон требуется бо́льшая касательная сила тяги движителя, чем при перемещении по равнине. Следовательно, на склоне интенсивность образования колеи при прочих равных условиях выше. Известны системы машин, в которых используются лебедки, помогающие машинам спускаться и подниматься по склону. Лебедки могут быть как отдельными, так и интегрированными в трансмиссию машин агрегатами. Исследование показало, что использование лебедок при подъеме машины на склон существенно уменьшает расход топлива и нагрузки в трансмиссии, что является следствием снижения необходимой для перемещения машины касательной силы тяги, реализуемой движителем. Таким образом, интенсивность образования колеи на склоне при работе машины с лебедкой меньше по сравнению с работой без лебедки.

Сведения об авторах

В.А. Каляшов¹, канд. техн. наук; ResearcherID: ABA-9692-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8145-7058
В.Я. Шапиро², д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: AAC-9658-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6344-1239
И.В. Григорьев³*, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: S-7085-2016, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5574-1725
О.А. Куницкая3, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: AAC-9568-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8542-9380
И.С. Должиков¹, канд. техн. наук; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2738-0483
В.П. Друзьянова⁴, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: AAG-2463-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5409-3837

¹Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, ул. 2-я Красноармейская, д. 4, Санкт-Петербург, Россия, 190005; vit832@yandex.ru, idolzhikov222@mail.ru
²Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 194021; shapiro54vlad@mail.ru
³Арктический государственный агротехнологический университет, 3-й км, д. 3, ш. Сергеляхское, г. Якутск, Россия, 677007; silver73@inbox.ru, ola.ola07@mail.ru
⁴Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, ул. Белинского, д. 58, г. Якутск, Россия, 677000; druzvar@mail.ru

Ключевые слова

леса на склонах, леса на вечной мерзлоте, лесозаготовка, лесные машины, трелевочные системы, солифлюкция, образование колеи

Для цитирования

Каляшов В.А., Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Куницкая О.А., Должиков И.С., Друзьянова В.П. Формирование колеи движителем лесной машины на склоне оттаивающего почвогрунта криолитозоны с учетом эффекта солифлюкции // Изв. вузов. Лесн. журн. 2024. № 3. С. 140–152. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-3-140-152

Литература

1. 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. 
2. 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. 
3. Григорьева О.И., Гринько О.И., Николаева Ф.В. Лесопожарные транспортнотехнологические 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. 
4. 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. 
5. 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. 
6. 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. 
7. 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. https://doi.org/10.15393/j2.art.2022.6163
8. 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. 
9. 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. науч.-практ. конф., Якутск, 29–30 марта 2012 г. Якутск: СВФУ, 2013. С. 48–63. 
10. 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. 
11. 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. 
12. 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. https://doi.org/10.12737/16269
13. 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. 
14. 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. 
15. 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. https://doi.org/10.12737/article_5c92016f49c838.40242030
16. 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. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-2-101-117
17. Саввинов Д.Д. Гидротермический режим почв в зоне многолетней мерзлоты. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1976. 254 с. 
18. 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. 
19. 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. 
20. Чемшикова Ю.М., Давтян А.Б., Григорьева О.И. Транспортнотехнологические 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. 
21. 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
22. 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
23. 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
24. 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
25. 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.
26. 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