Выбор рациональной технологии и обоснование параметров поквартального освоения лесных участков

 
 
 
 
 
 
 
 

К. П. РУКОМОЙНИКОВ 

 
 
 

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ 

И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ 

ПОКВАРТАЛЬНОГО ОСВОЕНИЯ 

ЛЕСНЫХ УЧАСТКОВ  

 

Монография  

 

 

 

 

 

 

Йошкар-Ола 

2016 
 

УДК 630*327: 630*311 
ББК  43.90 

Р 85 

 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой промышленного 
транспорта, строительства и геодезии ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова» 
С. И. Сушков; 
доктор технических наук, декан механико-технологического факультета 
ФГБОУ ВО «Брянский государственный инженерно-технологический 
университет» А. Н. Заикин; 
доктор технических наук, директор Института лесопромышленного 
бизнеса и дорожного строительства ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет» Э. Ф. Герц 

 
 
 

Рукомойников, К. П. 

Р 85     Выбор рациональной технологии и обоснование параметров по
квартального освоения лесных участков: монография / К. П. Рукомойников. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2016. – 296 с. 
ISBN 978-5-8158-1672-5 

 

Представлены результаты теоретических и экспериментальных иссле
дований, позволяющие осуществить выбор рациональных вариантов развития инфраструктуры лесных кварталов. Обоснована технология поквартального освоения лесных участков с расчетом основных технологических 
параметров, что дает возможность сократить перемещения техники, снизить негативные экологические последствия лесозаготовок, повысить доступность разрабатываемых выделов и производительность машин, задействованных при выполнении комплекса лесосечно-лесовосстановительных работ в лесном квартале. 

Для исследователей, специалистов лесного комплекса, аспирантов и ма
гистрантов лесопромышленных специальностей и направлений подготовки. 

УДК 630*327:630*311 
ББК 43.90 

 
ISBN 978-5-8158-1672-5 
© Рукомойников К. П., 2016 

 
© Поволжский государственный 

 
технологический университет, 2016 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 
Предисловие ................................................................................................. 7 
Список сокращений ................................................................................... 11 
Введение ..................................................................................................... 12 
 
1. ПОКВАРТАЛЬНОЕ ОСВОЕНИЕ ЛЕСНОГО УЧАСТКА:  

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ................... 14 
1.1. Теоретические основы поквартального освоения  

лесных участков .............................................................................. 14 

1.2. Анализ исследований, посвященных развитию  

транспортной инфраструктуры лесного квартала ....................... 23 
1.2.1. Анализ исследований по размещению погрузочных  

пунктов и магистральных волоков в границах  
лесного квартала .................................................................. 23 

1.2.2. Анализ методик размещения транспортных путей  

для вывозки древесины в пределах лесного квартала ........ 25 

1.3. Анализ исследований, посвященных обоснованию  

основных технологических элементов лесосек  
в границах лесного квартала .......................................................... 30 

1.4. Анализ технологических решений освоения лесосек  

и оценка их эффективности в условиях поквартального  
освоения лесных участков ............................................................. 33 

1.5. Анализ исследований, посвященных моделированию  

технологии работ в динамических природно-производственных 
условиях освоения лесного квартала ............................................ 35 
1.5.1. Анализ исследований, посвященных обоснованию  

графика реализации этапов транспортнотехнологического освоения лесосек  
на арендуемой территории ................................................. 35 

1.5.2. Анализ возможностей использования  

адаптивно-модульных лесных машин в динамических  
производственных условиях малообъемных  
лесозаготовительных предприятий ................................... 39 

1.6. Анализ исследований, посвященных комплексному  

выполнению лесосечно-лесовосстановительных работ  
в лесном квартале с сохранением подроста  
хозяйственно ценных пород .......................................................... 41 

1.6.1. Анализ исследований по обоснованию  

целесообразности комбинированного способа  
лесовосстановительных работ в границах  
лесного квартала .................................................................. 41 

1.6.2. Постановка задачи выбора вариантов развития  

транспортной инфраструктуры при освоении лесного  
квартала с комбинированным лесовосстановлением ....... 45 

Выводы по главе 1 и задачи исследования .......................................... 49 

 
2. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ  

ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСВОЕНИЯ  
ЛЕСНОГО КВАРТАЛА ........................................................................ 51 
2.1. Развитие инфраструктуры лесного квартала ................................ 51 

2.1.1. Структуризация погрузочных пунктов  

и магистральных волоков в условиях существующей  
сети лесовозных дорог в квартале ...................................... 51 

2.1.2. Структуризация погрузочных пунктов  

и магистральных волоков в условиях проектируемой  
сети лесовозных дорог в квартале ...................................... 61 

2.2. Обоснование основных технологических параметров  

на лесосеках различной конфигурации с неравномерным  
распределением запасов древесины по площади  
и ветвистой структурой трелевочных волоков ............................ 73 
2.2.1. Обоснование размеров делянок, числа  

и местоположения погрузочных пунктов........................... 73 

2.2.2. Обоснование среднего расстояния трелевки ..................... 79 

2.3. Способы освоения лесосек в границах лесного квартала ........... 86 

2.3.1. Способ разработки лесосек вблизи пересекающихся  

лесовозных дорог на территории лесного квартала ......... 86 

2.3.2. Способ разработки лесосек вблизи нескольких  

квартальных просек (лесовозных дорог)  
с использованием машин флангового типа ......................... 87 

2.3.3. Способ освоения лесосек с использованием машин  

для трелевки сортиментов .................................................. 90 

2.3.4. Способ транспортно-технологического освоения  

лесосек с использованием валочно-пакетирующих  
машин фронтального типа .................................................. 94 

2.3.5. Способ трелевки лесоматериалов с труднодоступных 

участков на территории квартала .................................... 96 

Выводы по главе 2 ................................................................................. 99 

3. ОБОСНОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ  

И ЭТАПОВ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  
ПРОЦЕССА ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТ ПРИ ОСВОЕНИИ  
ЛЕСНОГО КВАРТАЛА ................................................................................ 102 
3.1. Моделирование технологии поквартального освоения  

лесных участков с обоснованием последовательности  
освоения лесосек и технологии ведения лесосечных работ  
в нечетких динамических природно-производственных  
условиях окружающей среды ...................................................... 102 

3.2. Обоснование показателей грузовместимости погрузочных  

пунктов и простоев лесозаготовительной техники  
при формировании графика транспортного освоения делянок  
в лесном квартале.......................................................................... 122 
3.2.1. Постановка задачи обоснования графика освоения  

делянок в пределах лесного квартала ................................ 122 

3.2.2. Обоснование теоретических зависимостей  

функционирования трелевочной техники  
при соблюдении графика ведения работ .......................... 126 

3.2.3. Обоснование теоретических зависимостей  

функционирования лесовозного транспорта  
с учетом графика работ на делянках ............................... 130 

3.2.4. Обоснование показателей рациональной  

грузовместимости погрузочных пунктов  
в границах лесного квартала.............................................. 131 

3.2.5. Обоснование целевой функции математической модели  

для выбора графика работ на делянках............................ 133 

3.3. Моделирование взаимосогласованного функционирования  

комплектов адаптивно-модульных лесных машин .................... 141 

Выводы по главе 3 ............................................................................... 147 

 
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИИ  

ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСВОЕНИЯ  
ЛЕСНОГО КВАРТАЛА С КОМБИНИРОВАННЫМ  
ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИЕМ ........................................................... 150 
4.1. Развитие транспортной инфраструктуры при освоении  

лесного квартала с комбинированным лесовосстановлением .. 150 
4.1.1. Алгоритм анализа вариантов прокладки  

транспортных путей в лесном квартале ......................... 150 

4.1.2. Методика обоснования направления прокладки  

технологического коридора для транспортировки  
подроста в лесном квартале ............................................. 154 

4.1.3. Варианты структуризации сети транспортных  

путей в лесном квартале .................................................... 158 

4.2. Разработка вариантов технологических схем  

и формирование комплектов агрегатов для пересадки  
подроста в пределах лесного квартала ........................................ 163 

Выводы по главе 4 ............................................................................... 192 
 

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ  

ПОКВАРТАЛЬНОГО СПОСОБА ОСВОЕНИЯ  
ЛЕСНЫХ УЧАСТКОВ ........................................................................ 193 
5.1. Производственная проверка поквартального освоения  

лесных участков с обоснованием эффективности методики  
расчета технологических параметров лесосек ........................... 193 
5.1.1. Описание технологии производственного  

эксперимента ...................................................................... 193 

5.1.2. Статистический анализ результатов  

экспериментальных наблюдений ....................................... 200 

5.1.3. Анализ результатов производственного эксперимента  

и обоснование адекватности теоретических  
показателей ......................................................................... 209 

5.2. Результаты имитационного моделирования  

технологических процессов выполнения лесосечных работ  
на территории лесного квартала .................................................. 213 

Выводы по главе 5 ............................................................................... 225 

 
Заключение ............................................................................................... 227 
Библиографический список .................................................................... 231 
Приложения .............................................................................................. 259 
 
 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

В издании представлен разработанный автором комплекс матема
тических моделей, методик и алгоритмов, позволяющих решать задачи 
по совершенствованию развития инфраструктуры поквартального освоения лесных участков, технологии и организации работ с учетом рационального размещения на территории лесного квартала основных технологических элементов в виде лесовозных дорог, технологических коридоров, волоков и лесопромышленных складов в границах существующей квартальной сети лесных дорог в течение всего срока аренды лесных участков. 

Цель исследования и публикации представленных в работе автор
ских научных результатов определяется необходимостью теоретического обоснования способов и параметров рационального транспортнотехнологического обустройства лесного квартала, повышения технологической эффективности поквартального освоения лесных участков с 
учетом воздействия на смежные производственные процессы и окружающую среду. 

Научная новизна работы заключается в следующем. 
1. Предложены методика и математическая модель выбора рацио
нальной схемы транспортно-технологического освоения лесного квартала, отличающиеся одновременным анализом затрат на подготовительные и основные работы при трелевке и вывозке лесоматериалов с 
нескольких разрозненных лесосек с возможностью проектирования лесовозных дорог на его территории. 

2. Предложены математические зависимости для расчета среднего 

расстояния трелевки и методика обоснования числа и размещения погрузочных пунктов на лесосеках различной конфигурации, отличающиеся учетом разнообразия рубок, технологических схем разработки пасек 
и территориального размещения трелевочных волоков в условиях неравномерности распределения запасов древесины на территории лесосеки. 

3. Разработаны защищенные патентами РФ новые способы освое
ния лесосек, отличающиеся учетом специфики размещения квартальных 
просек, технологических коридоров, лесовозных дорог и магистральных 
волоков на территории лесного квартала и сокращением воздействия 
лесных машин на почвенный покров лесосек. 

4. Предложены 
«растянутые 
во 
времени» 
стационарно
динамические графические модели операционной сети технологических 
процессов лесозаготовок с обоснованием алгоритма поиска потока ми

нимальной стоимости, характеризующего затраты при реализации рациональной технологии освоения нескольких лесосек в нечетких динамических природно-производственных условиях поквартального освоения лесных участков, отличающиеся тем, что прохождение потока по 
дугам графов снижает пропускную способность параллельных дуг, характеризующих выполнение одноименных технологических операций 
анализируемых временных интервалов. 

5. Предложены методика и математическая модель обоснования 

последовательности выполнения основных переместительных операций 
лесозаготовительных работ при поквартальном способе освоения лесных участков, отличающаяся комплексным учетом графиков реализации лесосечных работ на всех лесосеках в границах лесного квартала и 
вывозки древесины с погрузочных пунктов на разрабатываемой территории. 

6. Разработана модель функционирования комплектов машин, от
личающаяся возможностью анализа комплекса технологических операций на различных этапах освоения лесосек в разнообразных природнопроизводственных условиях с учетом принципов компоновки энергетических и технологических модулей. 

7. Предложены математические зависимости, позволяющие фор
мировать комплекты агрегатов для пересадки подроста в лесном квартале на основе расчета их сменной комплексной выработки, отличающиеся учетом их взаимозаменяемости и возможности использования 
отдельных агрегатов на смежных операциях технологического процесса 
для обеспечения согласованного функционирования всего комплекта. 

8. Разработаны алгоритм выбора транспортного обустройства и 

защищенные патентами РФ варианты развития транспортной инфраструктуры лесного квартала с комбинированным лесовосстановлением, 
отличающиеся комплексным учетом технологических нормативов выполнения лесосечных и подготовительных работ с сохранением и пересадкой подроста. 

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций под
тверждается использованием в работе современных, апробированных 
теоретических подходов с применением научных основ логистического 
и системного анализа, целочисленного и динамического программирования, дифференциального и интегрального исчисления, математического и имитационного моделирования, теории планирования эксперимента, математической статистики, информационных технологий и элементов теории графов, а также совпадением результатов теоретических 
исследований с результатами производственных экспериментов и ими

тационного моделирования транспортных потоков лесоматериалов с 
доверительной вероятностью 0,95 полученных закономерностей. 

Результаты проведенных исследований приняты во внимание при 

разработке и внедрении в учебный и производственный процессы следующих нормативных документов: 

1) Концепция развития лесного комплекса Республики Марий Эл 

до 2010. Одобрена постановлением Правительства Республики Марий 
Эл от 26.10.2006 года №221; 

2) Концепция развития лесного комплекса Поволжья до 2010 года. 

Утверждена на заседании Межрегионального правительственного комитета Ассоциации «Большая Волга»; 

3) Лесной план Нижегородской области. Утвержден постановлени
ем правительства Нижегородской области 31.12.2008; 

4) Лесной план Самарской области. Утвержден постановлением 

Губернатора Самарской области 31 декабря 2008 года №149; 

5) Лесной план Республики Марий Эл. Утвержден постановлением 

Правительства Республики Марий Эл от 23 декабря 2008 г. №805Р. 

Результаты исследований внедрены в учебный процесс путем из
дания учебных пособий с грифом УМО [165, 232, 233, 234] и используются студентами очной и заочной форм обучения при изучении дисциплин «Обоснование технологических параметров и режимов функционирования лесозаготовительный машин», «Исследование лесопромышленных процессов», «Патентно-лицензионная деятельность», «Новые 
способы лесозаготовок и лесовосстановления», «Логистика в лесном 
комплексе». Основные положения работы вошли в состав разработанных с участием автора по вышеуказанным дисциплинам учебнометодических комплексов для подготовки бакалавров и магистров по 
направлениям подготовки 250400.62, 250400.68. 

Результаты научно-исследовательской работы внедрены в произ
водство в рамках: 

1) научно-исследовательской темы «Разработка основных технико
технологических подходов к внедрению и реализации промышленной 
технологии освоения лесных участков на базе комплексного решения 
задач технологического процесса лесосечно-лесовосстановительных 
работ с совмещенным лесовосстановлением», выполненной по заданию 
Министерства образования и науки РФ в 2012 году № 7.1846.2011; 

2) научно-исследовательской работы по заданию Федерального 

агентства по образованию в 2010 г. №1.1.10 «Разработка теоретических 
методов передачи данных комплекса лесосечно-лесовосстановительных 
работ ансамблями широкополосных сигнатур по каналу связи»; 

3) научно-исследовательской темы «Разработка комплекса меро
приятий развития инфраструктуры поквартального освоения участков 
лесного фонда», выполненной в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники» на 20022006 гг. (Г/К № 02.442.11.7334). Шифр 2006-РИ-19.0/001/363 «Проведение научных исследований молодыми учеными» (IV-очередь); 

4) госбюджетной научно-исследовательской темы: «Разработка ра
циональных технологий лесозаготовок с совмещенным лесовозобновлением». Номер темы (шифр): 74Я. Номер договора: 21-04Б от 20.07.1999. 

Результаты проведенных исследований докладывались, обсужда
лись и были одобрены на международных и всероссийских научнопрактических конференциях в Воронеже (1998), Петрозаводске (2001), 
Красноярске (2002), Ухте (2013), Йошкар-Оле (1998-2015 гг.). Результаты 
исследований вошли в перечень наиболее значимых итогов научных исследований и разработок Поволжского государственного технологического университета за 2006 и 2014 годы. 

Автор выражает признательность основоположнику и идейному 

вдохновителю основных научных положений исследования доктору 
технических наук, зав. кафедрой технологии и оборудования лесопромышленных производств Поволжского государственного технологического университета Юрию Александровичу Ширнину, а также рецензентам издания: доктору технических наук, зав. кафедрой промышленного 
транспорта, строительства и геодезии Воронежского государственного 
лесотехнического университета Сергею Ивановичу Сушкову, доктору 
технических наук, декану механико-технологического факультета Брянского государственного инженерно-технологического университета 
Анатолию Николаевичу Заикину, доктору технических наук, директору 
Института лесопромышленного бизнеса и дорожного строительства 
Уральского государственного лесотехнического университета Эдуарду 
Федоровичу Герцу за ценные замечания и предложения, которые были 
учтены при работе над рукописью.