Выполнение работ по лесовосстановлению целесообразно осуществлять с применением новых щеледренажных машин и механизмов. В статье рассматриваются вопросы оптимизации конструктивных и технологических параметров нового цепного рабочего органа.
лесовосстановление, заболоченные участки, дренирование, рабочий орган, параметры, оптимизация
В современной России лесное хозяйство уделяет недостаточно внимания вопросам гидролесомелиорации [1], несмотря на богатый опыт, накопленный в советский период и наглядно демонстрирующий эффективность подхода: на подготовленных и осушенных лесных землях сформировались продуктивные древостои, успешно эксплуатируемые в настоящее время [2-4]. Осушение заболоченных и избыточно увлажненных лесных участков является обязательным условием для создания стабильных и продуктивных лесных насаждений. Без проведения осушения лесовосстановление на заболоченных и избыточно увлажненных участках становится экономически нецелесообразным и экологически неоправданным [5], так как молодые саженцы лесных культур не получают необходимых условий для роста.
Экономическая эффективность осушительных мероприятий проявляется в долгосрочной перспективе: увеличение приживаемости саженцев лесных культур с 30…40 % (на заболоченных участках) до 80…90 % (после осушения) обеспечивает повышение продуктивности лесных насаждений, сокращает сроки возобновления древостоев [6, 7].
При выполнении работ по осушению избыточно увлажненных и заболоченных лесных территорий для последующего лесовосстановления на участках лесных зон применяются различные машины и механизмы, а также технологические схемы дренирования [8, 9]. Перспективными представляются щеледренажные машины с цепными рабочими органами (рис. 1).
Рисунок 1 – Щеледренажные машины с цепными рабочими органами
В рамках выполнения диссертационного исследования была разработана новая конструкция цепного рабочего органа [10], отличительной особенностью которого являлось наличие изогнутых резцов (рис. 2).
Рисунок 2 – Схема геометрии режущей цепи с резцами в сборе
Имитационное исследование возможных радиусов скругления изогнутых резцов позволило выявить область допустимых соотношений (рис. 3) ширины режущей цепи, указанных радиусов, а также ширины формирующейся дренажной щели, при которых будет обеспечена эффективная работа нового цепного рабочего органа щеледренажной машины.
Рисунок 3 – Допустимые соотношения радиуса скругления изогнутых
резцов, ширины режущей цепи и ширины
дренажной щели
Указанная область, ограниченная прямыми и
и выделенная на рис. 3 зелёным цветом, позволяет определить допустимые величины радиуса
скругления изогнутых резцов нового цепного рабочего органа.
При исследовании зависимости толщины срезаемой стружки торфяно-болотной почвы от частоты вращения ведущей звездочки
и поступательной подачи
выявлено (рис. 4) следующее.
Рисунок 4 – Зависимость толщины срезаемой стружки торфяно-болотной
почвы от частоты вращения ведущей звездочки
и поступательной
подачи .
В пределах неизменной частоты вращения ( ) увеличение поступательной подачи
приводит к возрастанию толщины
срезаемой изогнутыми резцами стружки на 96…100 %, при этом по абсолютным величинам более быстрые темпы такого увеличения характерны для меньших величин
. Возрастание частот вращения
в 3 раза (со 150 об/мин до 450 об/мин) влечет за собой уменьшение толщины
срезаемой изогнутыми резцами стружки на 190…210 %.
Исследование зависимостей энергоёмкости (кВт∙ч/м3) прорезания дренажной щели новым цепным рабочим органом в мерзлой и талой почве, в том числе с древесными включениями, от скорости резания цепи
(м/с), скорости движения щеледренажной машины
(м/ч) и поступательной подачи
(мм/мин) осуществлялось посредством применения программных продуктов, на которые были получены свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ [11].
Результаты выявления показателей формирования осушительных дрен для подготовки заболоченных участков под посадку лесных культур новым цепным рабочим органом щеледренажной машины, а также его характеристик, представлены на рис. 5, а-в.
Анализ зависимости энергоёмкости
прорезания дренажной щели в мерзлой торфяно-болотной лесной почве (рис. 5, а) позволил выявить, что при постоянной скорости резания (
) увеличение рабочей скорости агрегата с цепным рабочим органом на каждые 50 м/ч обуславливает снижение знергоемкости на 2,2…19,7 %, при этом увеличение скорости движения щеледренажной машины с 50 м/ч до 600 м/ч обеспечит теоретическое снижение энергоемкости
на 410,5 %. Однако при дальнейшем увеличении скорости движения
машины наблюдается тенденция к резкому возрастанию энергоемкости
прорезания дренажной щели.
Наименьшие величины энергоемкости (при стабильной величине ) наблюдаются при скорости движения машины
= 550…650 м/ч (аналогично – для талой почвы; рис. 5, б). При неизменной величине скорости движения (
) возрастание скорости резания цепью
мерзлой почвы на каждый 1 м/с обуславливает увеличение знергоемкости на 2,1…4,1 %, при этом изменение величины
с 2 м/с до 15 м/с приводит к увеличению энергоемкости прорезания дренажной щели на 62,2…84,9 %.
Аналогично, анализ зависимости энергоёмкости
формирования дрены в талой торфяно-болотной лесной почве (рис. 5, б) позволил выявить, что при постоянной скорости резания (
) увеличение рабочей скорости агрегата с цепным рабочим органом на каждые 50 м/ч обуславливает снижение знергоемкости на 1,8…13,4 %, при этом увеличение скорости движения щеледренажной машины с 50 м/ч до 600 м/ч обеспечит теоретическое снижение энергоемкости
на 175,8 %.
а) б)
в)
а – в мерзлой почве; б – в талой почве;
в – в талой почве с древесными включениями
Рисунок 5 – Зависимость энергоёмкости прорезания дренажной щели
от скорости резания цепи , скорости движения щеледренажной
машины и поступательной подачи
.
При неизменной величине скорости движения ( ) возрастание скорости резания цепью
талой почвы на каждый 1 м/с обуславливает уменьшение знергоемкости на 2,6…10,8 %, при этом изменение величины
с 2 м/с до 12 м/с приводит к снижению энергоемкости прорезания дренажной щели на 56,1…80,5 %. Наименьшие величины энергоемкости (при стабильной величине
) наблюдаются при скорости резания цепи
= 11…14 м/с.
Анализ зависимости энергоёмкости
прорезания дренажной щели в талой торфяно-болотной лесной почве с древесными включениями (рис. 5, в) позволил выявить, что при постоянной поступательной подаче рабочего органа (
) наименьшие величины энергоёмкости достигаются при скоростях резания
= 2,5…3,5 м/с, при этом увеличение скоростей резания сверх указанного диапазона обуславливает резкое увеличение энергоемкости на 350…420 %. При постоянной скорости резания (
) увеличение поступательной подачи рабочего органа обуславливает снижение затрат энергии на резание талой почвы на 123…175 %.
Таким образом, исследование зависимостей энергоёмкости
прорезания дренажной щели в мерзлой и талой (в том числе, с древесными включениями) торфяно-болотной лесной почве выявило, что по критерию
для мерзлой почвы целесообразно назначение скоростей резания цепью
= 2…5 м/с, для талой почвы –
= 11…14 м/с, для почвы с древесными включениями –
= 2,5…3,5 м/с. Во всех случаях целесообразно стремиться к увеличению скоростей движения щеледренажной машины до оптимальных значений
= 550…650 м/ч.
1. Залесов С.В. Гидролесомелиорация избыточно увлажненных земель. Термины, понятия и определения / С.В. Залесов, А.В. Тукачева. – Екатеринбург: Изд-во УГЛТУ, 2018. – 67 с. EDN: https://elibrary.ru/YQUYNF
2. Ещё раз к вопросу о гидролесомелиорации торфяных болот / В.Ф. Корольчук, В.К. Константинов, А.В. Кудряшев [и др.] // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. – СПб: Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт лесного хозяйства, 2011. – С. 295-309. EDN: https://elibrary.ru/XVFXPK
3. Platonov A.A. Modern state of technical means to remove uncontrolled vegetation / A.A. Platonov // Lesnoy Vestnik. Forestry Bulletin. – 2021. – Vol. 25, № 1. – рр. 115-122. – DOI:https://doi.org/10.18698/2542-1468-2021-1-115-122. EDN: https://elibrary.ru/FMPPNC
4. Совершенствование технологий и техники для расчистки площадей от нежелательной древесно-кустарниковой растительности / М.В. Драпалюк, В.Н. Коротких, А.А. Платонов [и др.] // Леса России и хозяйство в них. – 2025. – № 3(94). – С. 136-146. – DOI:https://doi.org/10.51318/FRET.2025.94.3.014. EDN: https://elibrary.ru/RNOFGI
5. О лесоводственной эффективности осушения и лесокультурного освоения болот и их окраек / В.К. Константинов, С.А. Выродова, Ю.А. Фролов [и др.] // Лесное хозяйство и комплексное природопользование: Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. Выпуск 2(22). – СПб: Изд-во СПбНИИЛХ, 2010. – С. 133-138 EDN: https://elibrary.ru/KRYOJJ
6. Болат-Оол Ч.К. Оценка искусственного лесовосстановления в Кызылском лесничестве Республики Тыва / Ч.К. Болат-Оол, Ш.А. Седембиль // Научный аспект. – 2023. – Т. 29, № 12. – С. 356-362. EDN: https://elibrary.ru/TLAVVU
7. Естественное возобновление хвойных пород на площадях лесных культур / В.З. Нгуен, А.В. Грязькин, Н.В. Беляева [и др.] // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. – 2018. – № 223. – С. 6-15. – DOI:https://doi.org/10.21266/2079-4304.2018.223.6-15. EDN: https://elibrary.ru/XOTZCX
8. Саая С.С.Ш. Совершенствование рабочих органов щеледренажных мелиоративных машин путём обоснования кинематических соотношений работы цепи с чашеобразными резцами / С.С.Ш. Саая, С.Н. Долматов, С.Н. Орловский // Системы. Методы. Технологии. – 2026. – № 1(69). – С. 16-22. – DOI:https://doi.org/10.18324/2077-5415-2026-1-16-22. EDN: https://elibrary.ru/LLCCXD
9. Саая С.С.Ш. Технологии осушения болот щелевым дренажом / С.С.Ш. Саая, С.Н. Орловский // Мелиорация и водное хозяйство – основа продовольственной и экологической безопасности: материалы Юбилейной международной научно-практической конференции. – М: ФГБНУ «ФНЦ ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова», 2024. – С. 398-407.
10. Патент на полезную модель № 234610 U1 Российская Федерация, МПК E02F 9/22, E02B 11/02, E02F 5/06. Режущий аппарат для формирования дренажных щелей / С.С.Ш. Саая, С.Н. Далматов; заявитель «Тувинский государственный университет»; № 2025100426; заявл. 14.01.2025: опубл. 03.06.2025.
11. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2025619050 РФ. Программа для расчета энергоёмкости прорезания щели в торфе от скоростей резания и движения / С.С.Ш. Саая, С.Н. Долматов; заявитель «Тувинский государственный университет»; № 2025617848; заявл. 07.04.2025: опубл. 14.04.2025.
