Формирование лесных грузов гравитационными торцевыравнивателями на лесопромышленных предприятиях



 
 
 
 
 
М. М. РОЩИНА 
П. Ф. ВОЙТКО 
 
 
 
 
ФОРМИРОВАНИЕ ЛЕСНЫХ ГРУЗОВ 
ГРАВИТАЦИОННЫМИ ТОРЦЕВЫРАВНИВАТЕЛЯМИ 
НА ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
1 
 

УДК 630
36 
ББК 43.90 
Р81 
Р е ц е н з е н т ы :  
д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры технологии и оборудования  
лесопромышленного производства Мытищинского филиала  
ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана»  
(г. Мытищи) Карпачев Сергей Петрович; 
д-р техн. наук, доцент, профессор кафедры автомобильных дорог и городских  
сооружений ФГАОУ ВО «Сибирский Федеральный университет» (г. Красноярск)  
Мохирев Александр Петрович 
Р81 
Рощина, М. М. 
Формирование лесных грузов гравитационными торцевыравнивателями на лесопромышленных предприятиях : учебное пособие / М. М. Рощина, П. Ф. Войтко. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 
2 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1945-1 
Определены технические условия размещения круглых лесоматериалов на лесовозном транспорте; разработаны технические и технологические решения по формированию лесных грузов; проведены экспериментальные исследования процесса формирования лесных грузов гравитационными торцевыравнивателями; дано технико-экономическое обоснование процесса формирования лесных грузов торцевыравнивателем К-142М. 
Для студентов, обучающихся по направлению 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» при изучении дисциплин «Сухопутный транспорт леса», «Водный транспорт леса», «Технология и оборудование лесных складов и лесоперерабатывающих цехов». 
УДК 630
36 
ББК 43.90 
ISBN 978-5-9729-1945-1 
” Рощина М. М., Войтко П. Ф., 2024 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 



ОГЛАВЛЕНИЕ 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
...................................................................................................... 5 
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 6 
 
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА  
И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ......................................................................... 9 
1.1. Поставки лесных грузов потребителям ..................................................... 9 
1.2. Технические условия размещения лесных грузов  
на лесовозном транспорте ........................................................................ 16 
1.3. Технические требования к круглым лесоматериалам ............................ 19 
1.4. Анализ оборудования для формирования лесных грузов 
...................... 23 
1.5. Обзор исследований по определению усилий торцевания 
.................... 32 
1.6. Патентный поиск устройств для формирования лесных грузов ........... 40 
1.7. Анализ учебной литературы ..................................................................... 45 
1.8. Выводы и задачи исследований 
................................................................ 69 
 
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ  
ПО ФОРМИРОВАНИЮ ЛЕСНЫХ ГРУЗОВ  
НА ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ 
...................................... 71 
2.1. Переносное устройство для выравнивания торцов пачки  
круглых лесоматериалов .......................................................................... 71 
2.2. Передвижное торцово-формировочное устройство  
для формирования лесных грузов ........................................................... 74 
2.3. Стационарное устройство для выравнивания торцов пачки  
круглых лесоматериалов .......................................................................... 76 
2.4. Обоснование параметров переносного гравитационного 
торцевыравнивателя 
.................................................................................. 78 
2.5. Расчет грузовых балок ............................................................................... 79 
2.6. Расчет выдвижных продольных балок 
..................................................... 84 
2.7. Расчет торцевыравнивающих щитов........................................................ 85 
2.8. Расчет каретки торцевыравнивающего щита .......................................... 89 
2.9. Математическое моделирование процесса формирования 
лесных грузов ............................................................................................ 91 
2.10. Определение усилий торцевания пачек бревен  
гравитационным торцевыравнивателем ................................................. 96 
2.11. Выводы .................................................................................................... 101 
 
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА 
ФОРМИРОВАНИЯ ЛЕСНЫХ ГРУЗОВ ГРАВИТАЦИОННЫМИ 
ТОРЦЕВЫРАВНИВАТЕЛЯМИ .................................................................... 103 
3.1. Программа и методика экспериментальных исследований 
................. 103 
3.2. Постановка социологического эксперимента  
по выявлению значимых параметров 
.................................................... 106 
3.3. Планирование экспериментальных исследований ............................... 106 
3 
 



3.4. Обоснование метода и масштаба физического моделирования 
.......... 115 
3.5. Конструирование механической модели лабораторной установки 
.... 118 
3.6. Оснащение лабораторной установки измерительными приборами  
и регистрирующей аппаратурой 
............................................................ 122 
3.7. Методика обработки экспериментальных данных ............................... 127 
3.8. Результаты лабораторных исследований усилий торцевания  
лесных грузов .......................................................................................... 128 
3.9. Сопоставление результатов лабораторных, натурных  
и теоретических исследований .............................................................. 140 
3.10. Выводы .................................................................................................... 144 
 
4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА 
ФОРМИРОВАНИЯ ЛЕСНЫХ ГРУЗОВ ГРАВИТАЦИОННЫМ 
ТОРЦЕВЫРАВНИВАТЕЛЕМ К-142М ........................................................ 145 
4.1. Постановка задачи 
.................................................................................... 145 
4.2. Разработка технологического процесса формирования 
лесных грузов .......................................................................................... 145 
4.3. Расчет производительности грузоподъемных механизмов ................. 148 
4.4. Результаты исследования режима работы  
и качества торцевания круглых лесоматериалов 
................................. 151 
4.5. Обоснование режима работы проектируемого гравитационного 
торцевыравнивателя 
................................................................................ 159 
4.6. Расчет технико-экономических показателей оборудования 
................ 163 
4.7. Определение трудозатрат и средств на оплату труда  
основных рабочих ................................................................................... 168 
4.8. Определение затрат на содержание основного оборудования ............ 170 
4.9. Определение экономической эффективности торцевыравнивателя .. 172 
4.10. Внедрение результатов исследований ................................................. 173 
4.11. Выводы .................................................................................................... 186 
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................... 188 
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
................................................................................... 191 
 
ПРИЛОЖЕНИЯ ................................................................................................... 205 

 
4 
 



ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Транспорт леса - одно из звеньев лесозаготовительного производства - попрежнему сохраняет свою ведущую роль в производственном процессе лесного 
комплекса России. Заготовленные в лесу лесоматериалы и недревесные лесные 
ресурсы могут быть использованы только после их доставки на пункты переработки или к местам потребления [100, 120].  
В условиях лесной промышленности применяются сухопутный и водный 
транспорт. Под сухопутным транспортом леса (автомобильный, железнодорожный) понимают все виды перевозок лесоматериалов по различным дорогам,  
а водный транспорт включает различные способы транспортировки древесины 
по воде (в судах или плотах). 
Применение того или иного вида транспорта обусловлено типом транспортного средства, природными и производственными условиями и технико-экономическим показателями [59, 115, 210]. 
На лесных складах лесозаготовительных предприятий формирование лесных грузов является вспомогательной операцией, позволяющей максимально использовать грузовместимость лесотранспортных средств. 
Учебным планом подготовки бакалавров по направлению 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» предусмотрено изучение дисциплины «Сухопутный транспорт леса», «Водный транспорт леса», «Технология и оборудование лесных складов и лесоперерабатывающих цехов», в которых недостаточно освещены вопросы формирования лесных 
грузов для погрузки круглых лесоматериалов на лесовозный транспорт на лесопромышленных предприятиях. 
Учебное пособие отражает основные задачи исследования в области формирования лесных грузов гравитационными торцевыравнивателями для погрузки 
на лесовозный транспорт на лесопромышленных предприятиях: определены технические условия размещения круглых лесоматериалов на лесовозном транспорте; разработаны технические и технологические решения по формированию 
лесных грузов; проведены экспериментальные исследования процесса формирования лесных грузов гравитационными торцевыравнивателями; дано техникоэкономическое обоснование процесса формирования лесных грузов торцевыравнивателем К-142М. 
Главной целью учебного пособия является оказание методической помощи 
студентам в самостоятельном изучении разделов выше приведенных дисциплин 
учебного плана 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств». 
 

 
5 
 



ВВЕДЕНИЕ 
 
В экономике России лесной комплекс ежегодно заготавливает около  
150 млн м3 древесины, которую поставляет потребителям автомобильным  
54,7 , железнодорожным 39 , водным 6,3  транспортом [177]. На лесных 
складах лесозаготовительных предприятий формирование лесных грузов является вспомогательной операцией, позволяющей максимально использовать грузовместимость лесотранспортных средств. Существующие в настоящее время  
и разработанные ранее конструкции торцевыравнивателей для формирования 
лесных грузов имеют ряд недостатков: длительный цикл торцевания, связанный 
с наличием больших сил трения и необходимостью многократного опускания 
краном пачки круглых лесоматериалов в торцевыравниватель. Противоречие заключается в том, что возникающее трение скольжения круглых лесоматериалов 
о грузовые балки торцевыравнивателей значительно увеличивают общее усилие 
торцевания пачек бревен и снижает качество торцевания лесных грузов. Научная 
идея заключается в замене процесса трения скольжения на трение качения грузовых балок о нижний ряд пачек круглых лесоматериалов. Поэтому необходимость совершенствования конструкции гравитационных торцевыравнивателей, 
обоснования параметров конструкции и режима работы гравитационного торцевыравнивателя для качественного формирования лесных грузов является актуальной задачей, представляющей научный и практический интерес. 
Целью исследования является обоснование параметров конструкции и режима работы гравитационного торцевыравнивателя для формирования лесных 
грузов на лесопромышленных предприятиях. 
Объектом исследования является технология и оборудование для торцевания лесных грузов гравитационными торцевыравнивателями на лесопромышленных предприятиях. 
Предметом исследования является обоснование параметров конструкции 
и режима работы модернизированного гравитационного торцевыравнивателя 
для формирования лесных грузов на лесопромышленных предприятиях. 
Научная новизна работы 
1. Впервые разработаны технические и технологические решения по совершенствованию процесса формирования лесных грузов торцевыравнивателями, отличающимися разнообразием конструкций (переносной, 
передвижной, стационарной), защищенные патентами.  
2. Дано научное обоснование параметров конструкции и режима работы 
модернизированного гравитационного торцевыравнивателя К-142М,  
отличающегося самовращающимися грузовыми балками. 
3. Впервые разработана математическая модель процесса формирования 
лесных грузов гравитационным торцевыравнивателем К-142М, отличающаяся возможностью определения усилий торцевания пачек круглых 
лесоматериалов в зависимости от конструкции самовращающихся грузовых балок и параметров лесных грузов. 
6 
 



4. Впервые получены результаты сравнительных лабораторных исследований процесса формирования лесных грузов базовым К-142 и модернизированным К-142М торцевыравнивателями в зависимости от определяющих факторов. 
В научно-исследовательской работе использовали методы моделирования 
(математического и физического), лабораторного эксперимента. В основу математического моделирования положены методы теоретической механики. Измерение нагрузок и напряжений в узлах торцевыравнивающих устройств проводились методом тензометрирования. Обработка результатов экспериментов выполнялась с применением методов теории вероятности и математической статистики в программе Statistica. 
В результате научных исследований изложены научно обоснованные технические, технологические и экономические решения для формирования лесных 
грузов гравитационными торцевыравнивателями перед погрузкой круглых лесоматериалов на лесовозный транспорт на лесопромышленных предприятиях. 
Предложены три новые устройства для выравнивания торцов пачек круглых 
лесоматериалов: переносное устройство для формирования лесных грузов и погрузки на лесовозный транспорт на лесных складах лесопромышленных предприятий; передвижное устройство для сплотки пучков бревен на удаленных приречных лесных складах при формировании речных плотов на затопляемых береговых плотбищах; стационарное устройство для формирования лесных грузов, 
отгружаемых с предприятий лесопромышленного комплекса автомобильным, 
железнодорожным или водным транспортом. 
Обоснованы параметры переносного гравитационного торцевыравнивателя 
К-142М, оснащенного вращающимися грузовыми балками, составлена математическая модель процесса формирования лесных грузов переносным гравитационным торцевыравнивателем, которая позволяет рассчитывать усилие торцевания пачек круглых лесоматериалов разных размеров и форм поперечного сечения. 
Разработанные методика и экспериментальная установка в масштабе 1:10 
позволили выполнить сравнительные лабораторные исследования процесса формирования лесных грузов моделями конструкций базового и проектируемого 
торцевыравнивателей. Получено уравнение регрессии для определения усилия 
торцевания пачек круглых лесоматериалов проектируемым торцевыравнивателем от значимых факторов: веса лесного груза P, диаметра бревен d, длины бревен L, подтверждающее результаты теоретических исследований.  
Разработанная универсальная технологическая схема выгрузки круглых лесоматериалов в пучках из реки М. Северная Двина на рейдах приплава, позволяющая крупным лесопромышленным предприятиям реализовать различные лесоперевалочные процессы: 1) вода-эстакада - торцевыравниватель - автопоезд;  
2) вода - эстакада - торцевыравниватель - вагон; 3) вода - эстакада - торцевыравниватель - штабель. Выполнены расчеты производительности основного грузоподъемного оборудования для наиболее распространенной технологической 
схемы «вода - эстакада - торцевыравниватель - автопоезд». 
7 
 



Определены технико-экономические показатели использования модернизированного торцевыравнивателя на лесопромышленном предприятии с рейдами 
приплава для выгрузки пучков бревен с воды и погрузки на лесовозный автотранспорт объемом 200 тыс. м3/год. 
 
 
8 
 



1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА  
И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 

1.1. Поставки лесных грузов потребителям 
 
На долю лесного комплекса в экономике страны по данным Росстата  
за 2019 г [177] приходится 6  численности промышленно-производственного 
персонала; 0,2  инвестиций в основной капитал лесоводства и лесозаготовок, которые составили 45,6 млрд руб., основные фонды составляют 6575346 млрд руб. 
(на 5  больше по сравнению с 2018 г.) (табл. 1.1). По статистическим данным,  
в 2019 г. производство деловой древесины в России составило 127,8 млн м3, дровяной - 13,3 млн м3. Суммарное производство древесины составило 141,1 млн м3, 
что на 5,3  или 8 млн м3 меньше, чем в 2018 г. 
 
Т а б л и ц а  1.1. Основные показатели работы организаций по виду экономической деятельности «Лесозаготовки» 
Показатели 
2005 
2010 
2015 
2016 2017 2018 2019 
Число организаций 
(на конец года), тыс. 
20,8 
15,6 
10,2 
8,9 
8,0 
7,6 
6,9 
Среднегодовая численность работников 
организаций, тыс. чел. 
248 
157 
103 
98 
71 
85 
84,7 
Сальдированный финансовый результат 
(прибыль минус убыток), млн руб. 
-2800 
-5420 
-6591 5973 -231 
295 -1075 
Рентабельность проданных товаров, 
продукции (работ, услуг),  
-1,7 
-0,9 
4,2 
3,9 
5,5 
7,6 
2,3 
Вывозка древесины, млн м3 
113 
112,2 
126,7 
137 
140 
149 141,1 
 
В связи с неравномерностью распределения лесных ресурсов на территории 
страны и отдаленностью лесопотребителей от основных лесозаготовительных 
районов (рис. 1.1) возрастает необходимость транспортировки лесных грузов на 
дальние расстояния [196]. Объем вывозки древесины на лесопромышленные 
предприятия за последние 30 лет сократилось в 2,13 раза с 304 млн м3 в 1990 г. 
до 141,1 млн м3 в 2019 г. (табл. 1.2). 
Для перевозки лесных грузов в 2019 г. потребителям в объеме 143 млн м3 
(табл. 1.2) применялись различные виды лесотранспорта: автомобильный -  
81,4 млн м3, железнодорожный - 54,1 млн м3, водный - 7,5 млн м3 [177, 178]. 
Каждый из этих видов лесотранспорта представляет собой совокупность пу- 
тей, транспортных средств и необходимых технических сооружений и устройств 
[178], обеспечивающих их эффективную работу (табл. 1.3).  
На железнодорожном транспорте (рис. 1.2) для перевозки лесных грузов используют различные грузовые полувагоны и платформы (табл. 1.4). 
Важнейшими эксплуатационными показателями железнодорожного прицепного состава являются коэффициенты: использования грузоподъемности, 
вместимости, удельного объема вагона, удельной грузоподъемности, техническая норма загрузки вагонов. 
9 
 



 
 
Рисунок 1.1 - Распределение лесных ресурсов и основные направления потоков лесных грузов России 
 
 
10