Chipping logging residues is a common technological operation for removing unwanted vegetation. This paper examines the geometric characteristics of the chip pile formed during chipping.
unwanted vegetation, removal, crushing, container, body, chips, embankment, characteristics
При удалении нежелательной растительности, произрастающей на территориях земель лесного фонда или линейной инфраструктуры [3], в состав применяемых технологических процессов [5] нередко входят технологические операции воздействия на формирующиеся порубочные остатки. В соответствии с исследованиями д.т.н. А.А. Платонова [2] указанные порубочные остатки могут быть сформированы посредством ручного (кусторезами, бензопилами, топорами) удаления растительности с последующим ручным сбором порубочных остатков, их погрузкой и вывозкой (рис. 1, а); ручным или механизированным срезанием (вырубанием) растительности с последующим ручным сбором порубочных остатков и их сжиганием (рис. 1, б). Указанные технологические схемы весьма распространены [7] в лесохозяйственном производстве [4], однако их недостатком является необходимость перемещения в пространстве больших объемов удаленной растительности (по рис. 1, а; что требует привлечения большого количества техники и, как следствие, больших затрат).
Рисунок 1 – Элементы воздействия на нежелательную растительность
и порубочные остатки
Утилизация порубочных остатков (веток, коры и сучьев) [9] путем сжигания (рис. 1, б) сопровождается выбросом целого комплекса вредных веществ. В процессе горения в воздух попадает углекислый газ, усиливающий парниковый эффект, и высокотоксичный угарный газ, возникающий из-за неполного сгорания древесины [1]. Кроме того, образуются метан и продукты пиролиза – например, сажа и мелкие твердые частицы, которые в сочетании с газами формируют плотную дымовую завесу. Всё вышеизложенное обуславливает целесообразность развития ручного или (желательно!) механизированного удаления нежелательно произрастающих деревьев и кустарников с их последующим измельчением (рис. 1, в) [6].
Измельчение порубочных остатков [8] сопровождается непременных их удалением из измельчающей машины или в кузов транспортного средства (рис. 2, а; как вариант – в приёмный контейнер для сухопутного или водного перемещения порубочных остатков в пространстве) или на поверхность очищаемого участка (рис. 2, б). Не рассматривая вариант рассыпания щепы относительно ровным слоем по поверхности участка, практически во всех остальных случаях формируется насыпь щепы, величина которой непосредственным образом отражается на общем объеме измельченных порубочных остатков, транспортируемом в кузове транспортного средства или приемном контейнере.
а) 
б)
Рисунок 2 – Сформированная щепа из порубочных остатков
Выполним исследование геометрических характеристик насыпи щепы. Указанная насыпь, ограниченная с четырёх сторон стенками приёмного контейнера (кузовом транспортного средства), формируется потоком щепы, отдельные частицы которой в большей своей части падают по центру данного контейнера (соответствует принятому допущению при математическом моделировании).
Рисунок 3 – Характеристики насыпи щепы и приемной тары
Объём щепы (м3) от измельчаемых порубочных остатков, наполняющий собой приемную тару (под которой подразумевается контейнер или кузов транспортного средства), в каждый
-й момент времени определится как:
=
+
(1)
где – часть объема, относящаяся к призматической части насыпанной щепы;
– секторальная часть объема насыпанной щепы.
Принимая во внимание переменную высоту призматической части объема щепы, получим
при
и
– соответственно внутренних длине и ширине используемой приемной тары, мм.
Принимая во внимание переменную высоту секторальной части объема щепы, отметим, что расстояние от верхней кромки приемной тары до верхней точки насыпи в ходе работ по измельчению щепы и ее погрузке в приемную тару стремится к минимуму (
). Достижение верхним уровнем щепы верхней кромки приемной тары (
) является свидетельством об окончании набора щепы, хотя верхний уровень щепы может быть и выше уровня тары (указанный случай в данном исследовании не рассматривается). Окончательная высота сформировавшейся насыпи щепы определится как
.
В целях моделирования примем допущение о том, что поверхность насыпи щепы в приемной таре рассматривается в продольном и поперечном направлениях указанной тары и аппроксимируется полиномиальными уравнениями второго порядка.
В общем виде формирующаяся поверхность рассматриваемой насыпи может быть описана функциональными выражениями типа , где
=
– ордината крайней частицы щепы, принадлежащей насыпи, м;
– абсцисса частицы щепы, находящейся в приёмном контейнере, м. Коэффициенты
,
и
в указанных зависимостях определятся по следующим зависимостям:
|
|
(2) |
Для моделирования поверхности насыпи щепы введём систему координат , ось ординат которой совпадает с ось симметрии приёмного контейнера, а ось абсцисс находится в основании моделируемой насыпи.
На рис. 4 выполнено моделирование общего вида поверхности насыпи щепы для модели приёмной тары из рис. 3.
Рисунок 4 – Моделирование общего вида поверхности насыпи щепы
в приемную тару
Применительно к принятым обозначениям размеров приемной тары, а также переменных высот и
призматической и секторальной частей насыпающейся в тару щепы (рис. 4), зависимости для вышеуказанных коэффициентов
,
и
приводятся к следующему виду:
|
|
(3) |
С учётом этого, формирующаяся поверхность насыпи щепы в приемную тару в направлениях длины и ширины указанной тары могут быть описаны следующими параболическими выражениями:
(4)
Полученные выражения будут необходимы при моделировании общего объема щепы, формирующейся при измельчении порубочных остатков и помещаемой в кузов транспортного средства или приемный контейнер.
1. Makarov V.E. Sovershenstvovanie tehnologii razdeleniya po stepeni smolistosti tehnologicheskoy schepy, poluchennoy iz pnevoy i nekondicionnoy drevesiny: monografiya / V.E. Makarov. – Vologda, Moskva: Infra-Inzheneriya, 2026. – 96 s. EDN: https://elibrary.ru/PXNAQO
2. Platonov A.A. Issledovanie i sistematizaciya suschestvuyuschih tehnologicheskih processov udaleniya nezhelatel'noy rastitel'nosti / A.A. Platonov // Sistemy. Metody. Tehnologii. – 2020. – № 3(47). – S. 63-73. – DOI:https://doi.org/10.18324/2077-5415-2020-3-63-73. EDN: https://elibrary.ru/CWIFZA
3. Platonov A.A. Lineynyy infrastrukturnyy ob'ekt: opredelenie, klassifikaciya / A.A. Platonov // Aktual'nye problemy i perspektivy razvitiya transporta, promyshlennosti i ekonomiki Rossii (Transpromek 2025): Trudy nauchno-prakticheskoy konferencii, Voronezh, 19 noyabrya 2025 goda. – Voronezh: Rostovskiy gosudarstvennyy universitet putey soobscheniya, 2025. – S. 208-212. EDN: https://elibrary.ru/JJWPLJ
4. Platonov A.A. Osobennosti formirovaniya kapital'nyh vlozheniy dlya sozdaniya sistem mashin udaleniya nezhelatel'noy rastitel'nosti / A.A. Platonov, O. V. Ternovskaya // Lesotehnicheskiy zhurnal. – 2020. – T. 10, № 3(39). – S. 164-174. – DOI:https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2020.3/16. EDN: https://elibrary.ru/CKEDNU
5. Platonov A.A. Sovremennye tehnologii i tehnicheskie sredstva sgrebaniya i sbora porubochnyh ostatkov pri vosstanovlenii polezaschitnyh lesopolos / A.A. Platonov, M.A. Gnusov // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. – 2026. – T. 19, № 1(88). – S. 124-133. – DOI:https://doi.org/10.53914/issn2071-2243_2026_1_124. EDN: https://elibrary.ru/CJLTCX
6. Platonov A.A. Struktura formirovaniya tehnologicheskih processov udaleniya nezhelatel'noy rastitel'nosti s ekspluatacionnyh ob'ektov infrastruktury / A.A. Platonov // Polzunovskiy al'manah. – 2020. – № 1. – S. 65-68. EDN: https://elibrary.ru/VMYDVL
7. Platonov A.A. Teoreticheskoe obosnovanie stepeni rasprostranennosti tehnologicheskogo processa / A.A. Platonov // Aktual'nye problemy sovremennogo transporta. – 2020. – № 1. – S. 23-31. EDN: https://elibrary.ru/HAVMFZ
8. Prokopenko S.V. Analiz sposobov povysheniya effektivnosti rabochih processov rubitel'nyh mashin / S.V. Prokopenko, A.A. Platonov // Sovremennyy lesnoy kompleks strany: innovacionnye razrabotki i progressivnye tehnologii: materialy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii, Voronezh, 25 sentyabrya 2025 goda. – Voronezh: Voronezhskiy gosudarstvennyy lesotehnicheskiy universitet im. G.F. Morozova, 2025. – S. 201-205. – DOIhttps://doi.org/10.58168/MFCC2025_201-205. EDN: https://elibrary.ru/BCUKZG
9. Fomina O.A. Sovershenstvovanie konstrukcii tehnicheskih sredstv dlya proizvodstva toplivnoy schepy iz othodov lesozagotovok / O.A. Fomina, S.V. Fokin. – Tyumen': Gosudarstvennyy agrarnyy universitet Severnogo Zaural'ya, 2023. – 119 s. EDN: https://elibrary.ru/NFENLC
