CC BY
11
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ЛЕСНОГО ДЕЛА FORESTRY TECHNOLOGIES AND MACHINES
УДК 630*31: 630* 232.43:630*24
DOI: https://doi.org/10.25686/2306-2827.202Ll.82
ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ МАШИН И ТЕХНОЛОГИЙ ВЫБОРОЧНЫХ РУБОК ДЛЯ ЛЕСНЫХ ПЛАНТАЦИЙ
Ю. А. Ширнин, И. Г. Гайсин, А. Ю. Ширнин, Д. А. Шамов
Поволжский государственный технологический университет, Российская Федерация, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3 E-mail: GaisinIG@volgatech.net
Излагается критический анализ научных публикаций, посвящённых схемам и параметрам размещения (посадки) на территории плантации посадочного материала. Приведены математические зависимости, определяющие угловые параметры направлений валки деревьев на полосу междурядья, обеспечивающие исключение оставляемым на доращивание деревьям каких-либо механических повреждений. Рекомендованы возможные системы машин для выборочных рубок на лесных плантациях, обеспечивающие безущербную для оставляемого на доращивание древостоя валку деревьев. Представлены технологические схемы разработки пасек при проведении рубок в заданных условиях с достижением поставленных целей рекомендуемыми системами машин.
Ключевые слова: густота древостоя; пространственное размещение деревьев; рубки ухода; валка деревьев; ущерб оставляемым на доращивание деревьям; схемы разработки пасек.
Введение. При естественном лесовос-становлении расположение деревьев на площади носит хаотичный характер, но для такого восстановления не требуется существенных финансовых затрат в том случае, если оно в данных лесораститель-ных условиях возможно. Многолетняя мировая практика лесозаготовок в лесах естественного происхождения создала достаточное количество технологий, оборудования и машин для заготовки лесоматериалов в этих условиях [1—10].
Искусственное лесовосстановление требует существенных финансовых затрат, но при этом предоставляется возможность
упорядочить размещение на площади саженцев или сеянцев. Порядок размещения должен преследовать определённую цель, например, для сохранения площади питания, световых условий и получения качественной продукции необходимо обеспечивать свободное перемещение машин и оборудования при проведении рубок леса.
Пространственное размещение деревьев в лесных культурах преследует в первую очередь лесоводственные цели - в короткие сроки создание лесной среды, а значит необходимое смыкание крон. После смыкания крон определяются режимы последующих лесоводственных уходов.
© Ширнин Ю. А., Гайсин И. Г., Ширнин А. Ю., Шамов Д. А., 2021.
Для цитирования: Ширнин Ю. А., Гайсин И. Г., Ширнин А. Ю., Шамов Д. А. Обоснование системы машин и технологий выборочных рубок для лесных плантаций // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2021. № 1 (49). С. 82-93. БО!: https://doi.org/10.25686/2306-2827.202Ll.82
Густота лесных культур и пространственное расположение деревьев определяют возможность системы машин для рубок ухода. Следует заметить, что в процессе проведения линейных (вырубка рядов культур), полосных и селективных разреживаний (вырубка коридоров с вырубкой отдельных деревьев в остающихся полосах) древостоев меняются и возможности использования техники.
Исследуя роль густоты в формировании древостоев, лесоводы пришли к некоторым общим выводам. Так, рациональная начальная и текущая густота древостоев преследует лесоводственные цели, определённые при создании искусственных насаждений. В качестве такой цели, например, на плантациях, может быть получение в короткие сроки лесоматериалов нужного качества и количества. В лесах с многоцелевыми функциями целью может являться увеличение комплексной продуктивности лесов, а при формировании защитных лесов густота древостоя будет определяться целью повышения средооб-разующих и средоохранных функций [11].
Как видим, здесь не ставится цель обеспечения приемлемых условий для проведения последующих рубок леса. В научно-технической литературе не отражены ряд положений, связанных с пространственным размещением и параметрами составных частей плантационных насаждений. Не отражены технологические схемы разработки пасек и лент при рубках ухода машинами, обеспечивающими безущербную для оставляемого на доращивание древостоя валку деревьев [2-3]. Возникает задача по разработке не только экономически, но и экологически обоснованных технологий разреживания древостоев и финальной рубки насаждений с использованием современных машин и орудий [12].
Цель работы — с учётом существующих схем посадки культур и их параметров обосновать системы машин и технологии выборочных рубок и рубок ухода на лесных плантациях, обеспечивающих за-
готовку лесоматериалов без повреждений древостоя, оставляемого на доращивание.
Исследования направлены на минимизацию повреждений, наносимых оставляемым на доращивание деревьям во время выборочных рубок в искусственных насаждениях с рядовым размещением лесных культур.
Решаемые задачи: разработать математические зависимости, определяющие угловые параметры направлений валки деревьев на полосу междурядья, обеспечивающие исключение оставляемым на доращивание деревьям механических повреждений; рекомендовать возможные системы машин для выборочных рубок на лесных плантациях, обеспечивающие безущербную для оставляемого на доращивание древостоя валку деревьев; разработать новые технологические схемы разработки пасек рекомендуемыми системами машин при проведении рубок в заданных условиях с достижением поставленных целей.
Объектами являются лесные культуры сосны с разными вариантами посадки:
а) с трёхразмерным размещением растений: шаг посадки 0,55 м, расстояние между попарно сближенными рядами 1,2 м; ширина междурядий 7,4 - 10,1 м [13];
б) с шагом посадки от 0,62 до 4,3 м и шириной междурядий — 3,0 -5 м [11, с.21].
Способы посадки однорядных культур проиллюстрированы в публикациях [13, рис. 2; 11, рис.1].
Здесь представлена широкая палитра вариантов создания культур на опытных объектах. Наше внимание обращено прежде всего на варианты посадки с размерами междурядий культур в пределах от 5,1 до 1,5 м и шагом посадки от 4,3 до 0,62 м (табл.1).
Отметим, что вариант № 5 с густыми культурами (не менее 10 тыс.экз./га по схеме 1,5x0,62 м) широко практиковался на гарях 1972 года для обеспечения быстрого смыкания крон и снижения опасности заселения площадей гарей майским хрущом.
Таблица 1
Характеристики рассматриваемых вариантов посадки и средних параметров древостоев
Расстояние, м Крона
Площадь питания одного дерева, м2
Варианты между рядами шаг посадки Густота, шт./га Средняя высота, м Средний диаметр, см длина ствола с кроной, м площадь проекции на горизонтальную плоскость, м2
№ 1 21,90 5,1 4,3 460 И 18 6,6 10
№2 10,40 3,28 3,17 960
№3 3,70 3,14 1,18 2760 9 14 3,78 7
№4 2,22 3,27 0,68 4500
№5 0,90 1,5 0,62 10750
При двухрядном размещении культур
№6 2,36 7,4 + 1,2 0,55 3831 16,7 15,9
Результаты и обсуждение. Как было отмечено выше, густота древостоев влияет на накопление фитомассы, поэтому в густых культурах, созданных в боровых условиях Республики Марий Эл, следует после смыкания крон проводить ранние интенсивные изреживания с повторением их через 10-15 лет для снижения густоты до 3-5 тыс. шт./га. Это снизит величину отпада деревьев и увеличит средний диаметр и запас средней деловой древесины. Однако наибольший эффект от изреживания проявился в варианте с начальной густотой до 2—3 тыс. шт./га [14]. С увеличением возраста, как отмечают [15], роль начальной густоты культур в интенсивности накопления запаса снижается и больше зависит уже от густоты стояния.
В настоящее время созданные на гарях 1972 года густые культуры, и не только они, нуждаются в разреживаниях и в рекомендациях по комплектованию систем машин и схем разработки пасек.
Таким образом, основным параметром, влияющим на результативное выращивание культур [11, 14, 15], является густота древостоя. Её регулированию направлены предлагаемые ниже варианты изреживания.
По нашему убеждению, изреживания должны проводиться также и с целью предоставления в дальнейшем возможно-
сти доступа рабочих органов лесозаготовительных машин при проведении последующих выборочных рубок.
Параметры направлений валки деревьев на полосу междурядья. В рассматриваемом примере сеянцы высаживали на расстоянии 0,55 м друг от друга [13]. Нетрудно предположить, что при диаметре смежных деревьев 0,30 м пространство между стволами на уровне пня составит
® - деревья, подлежащие рубке; О — деревья,
оставляемые на доращивание; Ь — ширина междурядья, Н— средняя высота древостоя
Схема «трёхразъёмного» размещения искусственного насаждения представлена на рис. 1. Минимальный ущерб соседнему дереву возможен при валке деревьев бензопилой под углом, близким к а = 90°. Но при этом вершина упавшего дерева может нанести ущерб деревьям, расположенным на противоположной стороне полосы междурядья. Чтобы этого избежать, деревья при валке укладывают на междурядье под углами в пределах между он и ой. Из рис. 1 видно, что при сокращении расстояния между деревьями угол он. При выборочной рубке одно дерево подлежит валке, а другое, соседнее, остаётся на доращивание. В этих условиях машинная валка без нанесения ущерба оставляемому на доращивание дереву не возможна. При переплетении крон валка дерева бензомоторной пилой крайне затруднена, поэтому, во избежание опасных последствий для вальщиков, рекомендуется использование лебёдок. Схема взаимного расположения стоящих и сваленного деревьев представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема взаимного расположения стоящего
и сваленного деревьев: А — расстояние между нижними поверхностями комлевой части соседних стволов деревьев (стоящего и сваленного), учитывающее соприкосновение крон при валке; сц-угол примыкания ствола к оси будущего волока; ¿и ¿2 — диаметры соседних деревьев в месте срезания при валке; Ои О2, Оз — точки пересечения сторон прямоугольного треугольника
Угол он примыкания ствола к оси будущего волока в зависимости от диаметров соседних деревьев и ширины междурядья определяется по формулам (1), (2):
вШ ОСу =
о2о3
о,о2
—+Д+—
.2_2_.
?
в„
а, =агсът
—+Д+— 2_2
(1)
(2)
Максимальный угол между осью междурядья и поваленными деревьями аг зависит от высоты древостоя Н и ширины полосы междурядья Ь и определится по формуле
а2 =агс$т(Ь/ Н).
(3)
Схема падения дерева в междурядье без нанесения ущерба деревьям в смежном ряду представлена на рис. 3. Полагаем, что вершинная часть кроны не в состоянии повредить бессучковую часть ствола. Из прямоугольного треугольника (рис. 2) находим:
/
- = С08Р\Ъ=1Х-С08Р\
I
(
Ъ = 1х-СО$р
атсвт
К
нБ-к\
I
(4)
(5)
(6)
/у
Зная прогнозируемые значения параметров 1Х, Нъ, И , рекомендуется по формуле (6) вычислить ширину междурядья Ь и применить результат расчёта при посадке культур. Из выражений (2), (3) видно, что необходимые углы для обеспечения минимизации повреждений, наносимых оставляемым на доращивание деревьям при выборочных рубках, зависят от схемы посадки и геометрических параметров древостоя.
Рис. 3. Схема падения дерева в междурядье без нанесения ущерба деревьям в смежном ряду: Н— средняя высота деревьев; 1х — средняя длина хлыста; Ъ — ширина междурядья; Не — средняя
высота бессучковой зоны; А — высота пня; с1 — диаметр дерева в месте срезания при валке;
Р~угол наклона дерева в момент соприкосновения с оставляемым на доращивание деревом в смежном ряду
Предлагаемые системы машин для выборочных рубок на лесных плантациях. Возможны следующие системы машин для проведения выборочных рубок и рубок ухода в плантационных насаждениях. 1 - БПв + ТТКд; 2 - БПв + БПос + ТТКх; 3 - БПв + БПос + ПТМх; 4 - БПв + БПос + + БПр + ПТМс; 5 - ВПМ + БПос + ПТМх; 6 - ВПМ + ТМд; 7 - ВПМ + СРМ + ПТМс ; 8 - ВСРМ + ПТМс, где: БПв, БПос, БПр -бензопилы соответственно на валке, обрезке сучьев и раскряжёвке; ТТК - трелёвочный трактор с канатно-чокерным оборудованием; ПТМх - пакетировочно-трелёвочная машина с манипулятором и коником для трелёвки хлыстов; ПТМс — пакетировочно-трелёвочная машина с манипулятором и грузовым отсеком для трелёвки сортиментов; ВПМ — валочно-пакетирующая машина; СРМ - сучкорезно-раскряжёвочная машина; ВСРМ - валочно-сучкорезно-раскряжёвочная машина.
Таблица 2
Параметры машин, выполняющих валку деревьев и трелёвку лесоматериалов
Марка машины Габариты: ДхШхВ, м Внешний диаметр ЗСУ (ширина), м Гидроманипулятор
вылет, м грузовой момент, кНм угол поворота в горизонтальной плоскости манипулятора, град
Харвестер Ponsse BEAVER 7,3x2,75x3,8 1,24 8,6/10/11 252 250
Харвестер Komatsu 901 7,24x2,62x3,79 1,19 10/11 198
Харвестер Logset 5HPGT 7,24x2,48x3,86 1,42 8,3/10/11 188
Харвестер John Deere 1070G 6,99x2,66x3,6 1,32 8,6/10/10,8 143
Валочно-пакетирующая машина ЛП-19 8,28x3,0x5,4 1,5 3,5 / 8,0 320 360
Трелёвочный трактор ТДТ-55А 5,85x2,36x2,56
Машина трелёвочная чокерная " ОНЕЖЕЦ-300" 6,2x2,49x2,98
Форвардер Komatsu 835 9,31x2,62x3,78 7,7/9,5/10 103 360
Трактор для бесчокерной трелёвки ТБ-1 7,05x2,48x3,25
Трелёвочный трактор МТЗ-82 3,93x1,97x2,8
Проводя анализ габаритов машин и их рабочих органов (табл. 2) в сравнении с вариантами посадки (табл. 1), приходим к следующим выводам. Применение машинной валки деревьев возможно при вариантах посадки № 1 и ограниченно - № 2 и 3. Расстояние между деревьями не даёт возможность применения на валке деревьев лесозаготовительных машин при вариантах посадки № 4 - 6. При вариантах посадки № 2 - 4 ограничено применение трелёвочных тракторов и трелёвочных машин их шириной в сравнении с расстояниями между рядами. В вариантах посадки № 4 - 6 разреживание возможно с использованием БП, либо кусторезов при возрасте посадок до десяти лет. Вариант № 5 изначально предполагает линейное разреживание (осветление) целыми рядами. Для этих целей рекомендуется использование мульчеров без получения деловых сортиментов.
Технологические схемы разработки пасек при проведении рубок в заданных условиях с достижением поставленных целей рекомендуемыми системами машин. Системой № 1 разработка пасеки 1 (рис. 4) начинается с её дальнего от погрузочного пункта конца. Валка деревьев
и
Рис. 4. Разработка пасеки системой машин БПв + ТТКд: 1 — пасека; 2 - деревья; 3 — трелёвочный трактор
2 осуществляется под углом к оси междурядья вершиной в направлении, противоположном направлению трелёвки. После валки всех предназначенных в рубку деревьев моторист с БПв переходит на другую пасеку. Трелёвочный трактор 3 задним ходом подъезжает к ближнему концу пасеки. Растаскивается собирающий канат 4, чокерами 5 происходит зацепка комлевой части деревьев 2, включается лебёдка б. Сформированная пачка деревьев натаскивается на щит и далее осуществляется процесс трелёвки комлями вперёд.
Системой № 2 разработка пасеки 1 (рис. 5) начинается с её ближнего конца. Валка деревьев 2 осуществляется под углом к оси междурядья вершиной в направлении трелёвки. Одновременно с валкой деревьев или с безопасным разрывом по времени у них обрезаются сучья 7, которые укладываются на будущий волок. Трелёвочный трактор 3 задним ходом подъезжает к ближнему концу пасеки. Растаскивается собирающий канат 4, чокерами 5 происходит зацепка вершинной части хлыстов, включается лебёдка 6. Сформированная пачка хлыстов натаскивается на щит и далее осуществляется процесс трелёвки вершинами вперёд.
БПос + ТТКх: 4 — собирающий канат; 5 - чокера; 6—лебёдка; 7 — обрезанные сучья
Системой № 3 разработка пасеки 1 (рис. 6) начинается с её дальнего конца. Валка деревьев 2 осуществляется под углом к оси междурядья вершиной в направлении, противоположном направлению трелёвки. Сваленные деревья очищают от сучьев. После обработки всех предназначенных в рубку деревьев мотористы с БПв и БПос переходят на другую пасеку. В отличие от ТТК ПТМх 7 оборудуется манипулятором 8 с грейферным захватом 9 и кониковым зажимным устройством 10 для формирования пачки. ПТМх задним ходом подъезжает к ближнему концу пасеки. Для формирования полногрузной пачки ПТМх необходимо перемещение на некоторое расстояние вглубь пасеки. Используя грейферный захват манипулятора, машинист сдвигает вершинные части хлыстов к рядам оставленных на доращивание деревьев, освобождая себе путь. Двигаясь передним хо-
дом, с остановками при необходимости, производит сбор пачки хлыстов и её трелёвку комлями вперёд на погрузочный пункт.
Системой машин № 4 разработка пасеки 1 (рис. 7) начинается с её дальнего конца. При валке деревьев БПв на пасеке слева и справа от междурядья вершиной в направлении, противоположном направлению трелёвки, у них обрезают сучья, которые укладывают на волок 11, и выполняется раскряжёвка хлыстов на сортименты 12. Движение ПТМс 13 вглубь пасеки предусматривает сначала расчистку волока отвалом машины с перемещением впередилежащих сортиментов 12 в сторону рядов с размещением оставленных на доращивание лесных культур и последующим сбором и трелёвкой перемещённых таким образом сортиментов в погруженном положении на лесопогрузочный пункт.
Рис. 6. Разработка пасеки системой машин БПв + БПос + ПТМх: 1 - пасека; 2 — деревья; 7 - ПТМх; 8 - манипулятор; 9 - грейферный захват; 10- кониковое зажимное устройство
Рис. 7. Разработка пасеки системой машин БПв + БПос + БПр + ПТМс: 11- волок; 12 - сортименты; 13 — ПТМс
Системой № 5 разработка пасеки 1 (рис. 8) начинается с её дальнего конца. При этом следует использовать грузонесущую ВПМ 15, способную выносить дерево из насаждений в вертикальном положении для минимального повреждения оставляемых на доращивание деревьев с обоих рядов культур, примыкающих к междурядью. После отделения от пня деревья выносят из насаждения, а затем укладывают в пачки с оставлением полосы слева или справа для прохода ПТМх. Далее с деревьев БПос обрезают сучья, которые укладывают на полосу будущего волока. Формирование пачки хлыстов в кониковом зажимном устройстве ПТМх и трелёвка происходит после обработки ВПМ и БПос всей пасеки. При этом ПТМх задним ходом по уложенным сучьям перемещается вглубь пасеки на расстояние, обеспечивающее с помощью грейферного захвата манипулятора формирование пачки хлыстов при его перемещении передним ходом. После
чего осуществляется трелёвка хлыстов комлями вперёд.
В системе машин № 6 вместе с ВПМ 15 работает трелёвочная машина (ТМд) с пачковым захватом. В отличие от работы ВПМ по схеме (рис. 8) здесь пачки деревьев укладывают по оси междурядья вершинами в направлении, противоположном направлению трелёвки. ТМд приступает к работе после перехода ВПМ на другую пасеку. На предыдущей остаётся вал из деревьев, последняя пачка в котором имеет не закрытую кроной комлевую часть. С её захвата и трелёвки начинает работу ТМд на данной пасеке.
В системе машин № 7 ВПМ работает по схеме рис. 9, укладывая деревья ближе к какому-то одному ряду оставляемых на доращивание деревьев. СРМ 16 и ПТМс 13 работают по схеме рис. 9. СРМ 16 обрабатывает группы деревьев, формируемых ВПМ, укладывая сортименты в пачки 14, которые манипулятором ПТМс 13 загружаются в грузовой отсек и трелюются на погрузочный пункт.
Рис. 8. Разработка пасеки системой машин ВПМ Рис. 9. Разработка пасеки системой машин ВПМ + + БПос + ПТМх: 15- ВПМ СРМ + ПТМс: 13- ПТМс; 14 - пачки
сортиментов; 16—СРМ
ВСРМ + ПТМс: 17- ВСРМ
В системе машин № 8 ВСРМ и ПТМс работают по схеме рис. 10.
ВСРМ может перемещаться по делянке челночным способом, что позволяет сократить время на переходы машины между пасеками. Обрабатывая деревья 2 с обеих сторон междурядья, ВСРМ 17 формирует пачки сортиментов 14, которые манипулятором ПТМс 14 загружаются в грузовой отсек и трелюются на погрузочный пункт. Система машин № 8 может быть применена при варианте посад ки № 1.
Выводы
1. В научно-технической литературе не ставится цель при выращивании культур создания приемлемых условий для проведения рубок ухода и выборочных рубок леса. В планах по выращиванию культур отсутствует обоснование схем посадки. Во главу угла поставлена густота древостоя. Учитывая необходимость проведения рубок ухода и выборочных рубок, не приводятся с допустимой вероятностью методики расчёта прогнозных характеристик оставленного на доращивание
древостоя. Не отражены технологические схемы разработки пасек и лент при рубках ухода машинами, обеспечивающие безущербную для оставляемого на доращивание древостоя валку деревьев.
2. Рекомендации учёных о необходимости проведения более раннего интенсивного изреживания загущённых лесных культур в возрасте не старше 10 лет в борах Республики Марий Эл и повторения этого мероприятия, доводя их густоту до 1,5-2 тыс. шт./га, сопровождаются оговоркой о том, что целесообразнее в боровых условиях снижать густоту культур сосны до их исходной густоты менее 3 тыс. экз./га (вариант посадки № 3). Необходимо разработать экономически и экологически обоснованные технологии рубок ухода и финальных рубок с использованием современных машин и орудий.
3. При проектировании пространственного размещения культур следует рассчитывать приходящуюся на одно дерево на момент посадки и на моменты рубок ухода среднюю площадь и её форму. Такой формой является прямоугольник, одна сторона которого - расстояние между деревьями, а другая - расстояние между рядами древостоев.
4. Логика развития лесного хозяйства требует постановки проблемы математического моделирования процессов выращивания во времени в конкретных лесо-растительных условиях с целью разработки методики расчёта прогнозных характеристик оставленного на доращивание древостоя. Критериями функционирования модели предлагаются высота древостоя и средний диаметр деревьев в месте срезания, которые, на наш взгляд, соответствуют целям выращивания и заготовки лесоматериалов.
5. Рекомендуемые схемы разработки пасек (рис. 4-10) могут быть использованы при определённых схемах посадки или схемах размещения культур после разреживания конкретными марками машин с подходящими техническими параметрами.
Список литературы
1. Промежуточное пользование лесом на Северо-Западе России / В.А. Ананьев, А. Асикай-нен, Э. Вяльккю и др. Йоэнсуу: НИИ леса Финляндии, 2005. 150 с.
2. Герасимов Ю.Ю., СюнёвВ.С. Лесосечные машины для рубок ухода: компьютерная система принятия решений. Петрозаводск: Изд-во Петрозаводского ун-та, 1998. 235 с.
3. Иевинь П.К., Розинь Т.Я. Доступность деревьев при машинной рубке выборочным способом // Комплексная механизация рубок ухода. Рига: Изд-во «Зинатне», 1975. С. 61-74.
4. Иевинь П.К, Розинь Т.Я. Возможность машинного повала деревьев на выборочных рубках // Лесная промышленность. 1974. № 1. С. 29-30.
5. Ширнин Ю.А., Успенский Е.И., Белоусов А. С. Технология и эффективность рубок с естественным возобновлением леса. Йошкар-Ола: МарПИ, 1991. 100 с.
6. Improved winching technique to reduce logging damage / R. Picchio, N. Magagnotti, A. Sirna // Ecological Engineering. 2012. Vol. 47 P. 83-86 DOI: 10.1016/j.ecoleng.2012.06.037
7. Sedjo R.A. The role of forest plantations in the world's future timber supply // Forestry Chronicle. 2001. Vol. 77, no. 2. P 221-225. DOI: 10.5558/tfc77221 -2
8. Kuehmaier Martin, Stampfer Karl. Development of a Multi-Attribute Spatial Decision Support System in Selecting Timber Harvesting Systems // Croatian Journal Of Forest Engineering. 2010. Vol. 31, no. 2. Pp. 75-88.
9. Lindroos O., La. Hera P., Haggstrom C. Drivers of Advances in Mechanized Timber Harvesting - a Selective Review of Technological Innovation // Croatian Journal Of Forest Engineering. 2017. Vol. 38, no. 2 P. 243-258.
10. Camp A. Damage to residual trees by four mechanized harvest systems operating in small-diameter, mixed-conifer forests on steep slopes in northeastern Washington: A case study // Western Journal Of Applied Forestry. JAN 2002. Vol 17. , no l.P. 14-22 .
11. Закономерности развития древостоя в культурах сосны обыкновенной разной исходной густоты / Ю. П. Демаков, Т. В. Нуреева, А. С. Пуряев др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2016. №4(32). С. 19-33. DOI: 10.15350/2306-2827.2016.4.19.
12. Плантационное лесовыращивание / Под ред. И. В. Шутова. Из-во СПб гос. политехнического ун-та, 2007. 366 с.
13. О необходимости создания учебно-опытных стационаров для разработки и внедрения интенсивных технологий лесовыращивания и подготовки специалистов лесного дела / Е.М. Романов, Ю.П. Демаков, Т.В. Нуреева и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2020. № 2 (46). С.5-26. DOI:https:doi.org/10.25686/2306-2827/2020.2.5
14. Демаков Ю. П., Нуреева Т. В., Краснов В. Г. Результаты 30-летнего опыта по изрежи-ванию культур сосны в борах Марийского Заволжья // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2020. № 3 (47). С. 5-18. DOI: https://doi.Org/10.25686/2306-2827.2020.3.5.
15. Перевалова Е.А., Мерзленко М.Д., Глазунов Ю.Б. Динамика роста сосны в культурах разной густоты // Учёные записки Петрозаводского государственного университета. 2016. № 2 (155). С. 38-41.
Статья поступила в редакцию 29.01.2021 Принята к публикации 05.03.2021
Информация об авторах
ШИРНИН Юрий Александрович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой лесопромышленных и химических технологий, Поволжский государственный технологический университет. Область научных интересов — управление экологическими последствиями эксплуатации лесосырьевых ресурсов. Автор 340 научных публикаций.
ГАЙСИН Ильшат Гилазтинович - кандидат технических наук, доцент кафедры лесопромышленных и химических технологий, Поволжский государственный технологический университет. Область научных интересов — моделирование и оптимизация технологических параметров лесозаготовок, транспорт лесоматериалов. Автор 17 научных публикаций.
ШИРНИН Александр Юрьевич - кандидат технических наук, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности, Поволжский государственный технологический университет. Область научных интересов — технологии и машины на лесозаготовках. Автор 45 научных публикаций.
ШАМОВ Дмитрий Андреевич — магистрант кафедры лесопромышленных и химических технологий, Поволжский государственный технологический университет. Область научных интересов — технология лесозаготовок. Автор двух научных публикаций.
UDC 630*31: 630* 232.43:630*24
DOI: https://d0i.0rg/l 0.25686/2306-2827.2021.1.82
GROUNDING OF THE SYSTEM OF MACHINES AND TECHNOLOGIES OF SELECTIVE CUTTING FOR FOREST PLANTATIONS
Iu. A. Shirnin, I. G. Gaisin, A. Iu. Shirnin, D. A. Shamov
Volga State University of Technology, 3, Lenin Sq., Yoshkar-Ola, 424000, Russian Federation E-mail: GaisinIG@volgatech.net
Keywords: density of stand; spatial distribution of trees; thinning; tree felling; damage for the trees left for growing; schemes of development of cuttings.
ABSTRACT
Introduction. The authors studied a number of literature sources. According to the sources, the artificial forest regeneration requires significant financial expenses. At the same time, the possibility to arrange the planting of nurselings and seedlings in the area is provided The development of a new method of thinning using modern machines will increase the efficiency of selective cutting, which will minimize the damage of trees left for growing. The goal of the study is to ground the systems of machines and technologies of selective cutting and care felling in forest plantations, taking into account the existing schemes of planting trees and their parameters, The considered machines and technologies shall ensure the harvesting without harming the stand left for growing. Experimental technique and methods of research. In the study, the method ofplanting of trees in two-rows is used A scheme of the mutual arrangement of standing andfallen trees is proposed. Mathematical dependences are presented they determine the angular parameters of the directions of felling of trees on the inter-row spacing, ensuring the exclusion of any mechanical damage to the trees left for growing. Results interpretation and their analysis. Eight systems of machines were chosen for selective felling and tending cutting in plantations. A number of effective technological schemes for the development of cutting during logging under the specified conditions with the achievement of the set goals by the recommended machine systems is offered The analysis of the dimensions of machines and their working bodies in comparison with possible variants of planting, and the opportunity analysis for using of the recommended machines in the existing variants ofplanting are carried out. Conclusion. The planting scheme are proposed on forest plantations. At the same time, the task is to develop an economically and environmentally reasonable technology of thinning using modern machines and tools for intermediate forest exploitation and logging at the final stage. It is recommended to use a rectangle shape for the spatial placement of plantings. The authors also provide the conditions for using of the cuttings development schemes for certain planting schemes of plantings or the schemes of plantations allocation after thinning by specific brands of machines with suitable technical parameters.
REFERENCES
1. Ananev V.A.,Asikainen A., Vialkkiu E. et al. thinning]. Izd-vo «Zinatne», 1975. Pp. 61-74. (In Promezhutochnoe pol'zovanie lesom na Severo- Russ.).
Zapade Rossii [The intermediate yield in the North- 4. levin P. K., Rozin T. Ia. Vozmozhnost'
West of Russia]. Joensuu: N11 lesa Finlyandii, 2005. mashinnogo povala derev'ev na vyborochnykh 150 p. (In Russ.). rubkakh [The possibility of machine tree felling in the
2. Gerasimov Iu. Iu., Siunev V.S. Lesosechnye selective cutting], Lesnaya promyshlennost' [Wood mashiny dlya rubok ukhoda: komputernaya sistema Industry]. 1974. № 1. Pp. 29-30. (In Russ.). prinyatiya resheniy [The stump-to-roadside equipment 5. Shirnin Iu. A., Uspenskii E. I., Bel-for thinning: computer system of decision making]. ousovA. S. Tekhnologiya i effektivnost' rubok s Petrozavodsk: Izd-vo Petrozavodskogo un-ta, 1998. estestvennym vozobnovleniem lesa [Technology and 235 p. (In Russ.). efficiency of felling with natural forest regeneration].
3. levin P. K., Rozin T. Ia. Dostupnost derevev Yoshkar-Ola: MarPI, 1991. 100 p. (In Russ.).
pri mashinnoy rubke vyborochnym sposobom [The 6. Picchio R., Magagnotti N., Sirna A. Improved
accessibility of trees when machine felling of trees winching technique to reduce logging damage. Eco-(selective cutting)]. Kompleksnaya mekhanizatsiya logical Engineering. 2012. Vol. 47 P. 83-86 DOI: rubok ukhoda [Comprehensive mechanization of 10.1016/j.ecoleng.2012.06.037
I. Sedjo R.A. The role of forest plantations in the world's future timber supply. Forestry Chronicle. 2001. Vol. 77, no. 2. P 221-225. DOI: 10.5558/tfc77221 -2
8. Kuehmaier Martin, Stampfer Karl. Development of a Multi-Attribute Spatial Decision Support System in Selecting Timber Harvesting Systems. Croatian Journal Of Forest Engineering. 2010. Vol. 31, no. 2. Pp. 75-88.
9. Lindroos O., La. Hera P., Haggstrom C. Drivers of Advances in Mechanized Timber Harvesting - a Selective Review of Technological Innovation. Croatian Journal Of Forest Engineering. 2017. Vol. 38, no. 2 P. 243-258.
1 O.Camp A. Damage to residual trees by four mechanized harvest systems operating in small-diameter, mixed-conifer forests on steep slopes in northeastern Washington: A case study. Western Journal Of Applied Forestry. JAN 2002. Vol. 17, no l.P. 14-22.
II. Demakov Iu. P., Nureeva T. V., Puryaev A.S. et al. Zakonomernosti razvitiya drevostoya v kul'turakh sosny obyknovennoy raznoy iskhodnoy gustoty [Regulations of Scots pine plantations development with various initial density], Vestnik Povolzh-skogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universi-teta. Ser.: Les. Ekologiya. Prirodopol'zovanie [VestniA of Volga State University of Technology. Ser.: Forest. Ecology. Nature Management]. 2016. № 4 (32). Pp. 19-33.DOI: 10.15350/2306-2827.2016.4.19. (In Russ.).
12. Plantatsionnoe lesovyrashchivanie. Pod red I. V. Shutova [Planted forest growing; ed. by I. V.
Shutov]. Iz-vo SPb gos. Politekhnicheskogo un-ta, 2007. 366 p. (In Russ.).
13. Romanov E.M., Demakov Iu. P., Nureeva T.V. et al. O neobhodimosti sozdaniya uchebno-opytnykh statsionarov dlya razrabotki i vnedreniya intensivnykh tekhnologiy lesovyrashchivaniya i pod-gotovki spetsialistov lesnogo dela [On the necessity to establish the scientific-experimental stations to elaborate and implement the intensive technologies for forest growing and training of foresters]. Vestnik Pov-olzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo uni-versiteta. Ser.: Les. Ekologiya. Prirodopol'zovanie. [Vestnik of Volga State University of Technology. Ser.: Forest. Ecology. Nature Management], 2020. № 2 (46). Pp.5-26. D01:https:doi.org/10.25686/2306-2827/2020.2.5 (In Russ.).
14. Demakov Iu. P., Nureeva T. V., Kras-nov V. G. Rezul'taty 30-letnego opyta po izrezhivaniu kul'tur sosny v borakh Mariyskogo Zavolzhya [Results of a 30 year experience of pine plantations thinning out (Mari Trans-Volga Region)].Vestnik Povolzh-skogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universi-teta. Ser.: Les. Ekologiya. Prirodopol'zovanie. [Vestnik of Volga State University of Technology. Ser.: Forest. Ecology. Nature Management], 2020. № 3 (47). Pp. 5-18. DOI: https://doi.org/10.25686/2306-2827.2020.3.5. (In Russ.).
15. Perevalova E.A., Merzlenko M.D., Glazunov Iu.B. Dinamika rosta sosny v kul'turakh raznoy gustoty [Dynamics of pine growing in the plantations of various density]. Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta [Proceedings of Petrozavodsk State University]. 2016. № 2 (155). Pp. 38-41. (In Russ.).
The article was received 29.01.2021
Accepted for publication 05.03.2021
For citation: Shirnin Iu. A., Gaisin I. G., Shirnin A. Iu., Shamov D. A. Grounding of the System of Machines and Technologies of Selective Cutting for Forest Plantations. Vestnik of Volga State University of Technology. Ser.: Forest. Ecology. Nature Management. 2021. No 1 (49). Pp. 82-93. DOI: https://d0i.0rg/l 0.25686/2306-2827.2021.1.82
Information about authors
Iurii A. Shirnin - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Chair of Forest and Chemical Technologies, Volga State University of Technology. Research interests - management of environmental consequences of exploitation of forest resources. Author of 340 scientific publications.
Ilshat G. Gaisin - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Chair of Forest and Chemical Technologies, Volga State University of Technology. Research interests -simulation and optimization of technological parameters of logging, transport of timber. Author of 17 scientific publications.
Aleksandr Iu. Shirnin - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor at the Chair of Safety of Living, Volga State University of Technology. Research interests -technologies and machines in harvest cutting. Author of 45 scientific publications.
Dmitrii A. Shamov - Master's student at the Chair of Forest and Chemical Technologies, Volga State University of Technology. Research interests - technology of logging. Author of two scientific publications.
