Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. № 3 часть 2 (8-2) 2014

СЕКЦИЯ: РОСТ ПОТЕНЦИАЛА ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО

КОМПЛЕКСА

УДК 630*231.321: 630*232.211 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ: СОВРЕМЕННЫЙ 
ПОДХОД ПРИ ОЧИСТКЕ

ВЫРУБОК

ENERGY SAVING: MODERN APPROACH IN CLEANING CUTTINGS

Аксенов А.А., студент

Малюков СВ., K.T.H., преподаватель;

ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

г. Воронеж, Россия DOI: 10.12737/3909

Аннотация: в статье приведены основные способы очистки лесосек. 
Проанализированы пути снижения энергоемкости очистки вырубок. 
Представлены формулы по определению сопротивления перемещению рабочего 
органа, сопротивления корчевания мелких пней, сопротивления рыхления 
почвы, сопротивления перемещению порубочных остатков. Даны рекомендации 
по выбору ширины захвата орудий.

Summary: the article contains the main method to clear cutting areas. Analyzed the 
ways of reducing energy consumption of cleaning cuttings. The formulas presented 
by definition of resistance to movement of the working body, resistance uprooted 
small stumps, resistance of the soil tilling, resistance to the movement of wood 
residuals. Recommendations on the choice of working width guns.

Ключевые слова: очистка вырубок, корчеватель, ширина захвата, порубочные 
остатки.

Keywords: cleaning cuttings, harvesting, width, wood-cut residuals.

В процессе сплошных, выборочных рубок и рубок ухода за лесом на лесосеках 
остаются порубочные остатки (вершины стволов, ветви, сучья, кора, листва), а 
иногда и отдельные стволы или их части. При оставлении этой древесной массы 
на лесосеке повышается пожарная опасность, затрудняется естественное 
возобновление леса, создаются очаги размножения вредных насекомых и 
грибных заболеваний. Поэтому, места рубок необходимо приводить в 
соответствующее санитарное состояние [1].

Очистка лесосек является заключительной стадией лесозаготовок и важным 
лесохозяйственным требованием. Основные способы очистки лесосек

10

следующие: сбор порубочных остатков в кучи для последующего их 
использования в качестве топлива или сырья для технической переработки; 
сбор порубочных остатков в кучи для сжигания; сбор порубочных остатков в 
валы для перегнивания; разбрасывание измельченных порубочных остатков по 
лесосеке [2, 3].

При весенней и летней разработке лесосек в этих условиях порубочные остатки 
собирают в кучу и валы одновременно с валкой и трелевкой хлыстов или 
сортиментов, а осенью в дождливую погоду кучи и валы сжигают. Сбор 
остатков для перегнивания на месте проводят в хвойных и лиственных 
насаждениях на сырых и мокрых почвах. При этом кучи укладывают обычно на 
пониженных местах. После перегнивания на образовавшемся микроповышении 
создаются более благоприятные условия для прорастания семян древесных 
пород.

Разбрасывание измельченных порубочных остатков по лесосеке проводят в 
сосняках и дубравах на сухих почвах для сохранения влаги и обогащения 
почвы. Этот же способ рекомендуется для еловых древостоев на тяжелых 
почвах для защиты имеющегося под его пологом самосева от выжимания 
морозом. Применять его можно только при летних лесозаготовках. Правильно 
проведенная очистка лесосек и противопожарные мероприятия способствуют 
облегчению возобновления леса и последующему формированию древостоя. 
Противопожарные мероприятия сводятся к устройству вокруг вырубок, 
особенно участков с благонадежным подростом хвойных пород, 
минерализованных полос и канав.

В настоящее время для очистки вырубок под лесные культуры используют 
грабельные корчеватели (типа МП-8Б, МП-13 и другие, фирм ROMA США, 
Камацу Япония), отвальные корчеватели (ОКТ-3, фирмы ROMA США), 
клиновые типа МРП-2, КМ-1, ОРВ-1.5 и другие, грабли типа ПС-5. Наибольшее 
распространение получили грабельные и отвальные орудия, которые 
отличаются более широким диапазоном применения. Их используют для 
сплошной и полосной очистки вырубок с корчевкой пней, освоения площадей 
под сельскохозяйственные угодья, при строительстве дорог и других объектов. 
Клиновые орудия узко специализированы, и их применяют только для полосной 
расчистки вырубок. В сравнении с грабельными или отвальными орудиями они, 
как правило, более производительны. Грабли типа ПС-5 служат только для 
сплошной или полосной очистки вырубок от порубочных остатков и имеют ряд 
недостатков, в том числе, плохая видимость работы орудия, вдавливание в 
почву порубочных остатков гусеницами, сложность навески и другие [1,4,5].

11

В общем случае при очистке вырубок (без корчевки крупных пней) сопротивление 
перемещению рабочего органа можно приблизительно определить по формуле

Р=Рк + Рр+Ры

(1)

где Рк - сопротивление корчевки мелких пней и кустарника;

Рр - сопротивление рыхлению;

Рь - сопротивление волочению призмы порубочных остатков с почвой перед

рабочим органом.

Сопротивление корчевания (сходу) мелких пней и кустарника можно определить по 

выражению

PK = l(?KKnd,
(2)

где п - количество одновременно корчуемых пней, шт;

d- диаметр пней, мм;

Кк - коэффициент, равный в среднем для ольхи 34.2; березы 43.2 и ивы 16.1 Н/мм.

Сопротивление рыхления можно определить по формуле

Рр = Кр Вр
hp -ι,
(3)

где Вр - ширина захвата, м;

hp - глубина рыхления, м;

Кр - коэффициент неполноты рыхления, равный 0.4...0.75;

ι - коэффициент в зависимости от количества корней равный 40...200 кПа.

Сопротивление перемещению призмы порубочных остатков, почвы 
выкорчеванных пней и узлов кустарника примерно можно найти по 
выражению:

Pb=f-Bb-hb · lb" γ,
(4)

где Bb„hb\- соответственно ширина, высота и длина призмы волочения;

f- коэффициент сопротивления перемещению призмы, равный 0.9... 1.2;

γ - объемный вес, равный 1.5...4 кН/м .

Рассматривая выше приведенные формулы, видно, что основное влияние на 
увеличение тягового сопротивления оказывают количество и диаметр 
корчуемых пней, глубина рыхления, объемный вес призмы волочения, ширина 
захвата и условия работы [4].

В настоящее время разработанные лесопосадочные машины МЛУ-1, ЛМД- 81 и 
другие обеспечивают посадку растений на вырубках без предварительной 
обработки почвы. Поэтому для грабельных корчевателей, используемых в 
лесном хозяйстве, перспективно уменьшение глубины

12

рыхления до 100... 150 мм, что позволит обеспечить корчевку узлов кустарника 
и мелких пней при значительном уменьшении выноса почвы в призму 
волочения. Это значительно уменьшит тяговое сопротивление рабочего органа 
и улучшит рост культур.

Большое знамение имеет правильный выбор ширины захвата, очевидно, что с 
уменьшением ширины захвата уменьшается сопротивление перемещению 
рабочего органа. Ширина захвата должна в дальнейшем обеспечивать 
проведение ухода и осветления культур при седлании рядка растений 
трактором. На этих операциях чаще всего используют трактор типа МТЗ, 
поэтому ширина очищаемой полосы должна быть около 2 м. При меньшей 

ширине полосы резко ухудшаются условия работы культиваторов и 
осветлителей.

Таким образом, ширина захвата орудий для полосной очистки вырубок должна 
быть не менее 2 м, а глубину рыхления для грабельных корчевателей следует 
уменьшить до 150 мм. При проектировании отвальных корчевателей особое 
внимание необходимо обращать на качество копирования микрорельефа 
рабочим органом, что позволит уменьшить объем почвы, выносимой с полосы.

Библиографический список

1. Технологии и машины удаления поросли, порубочных остатков и пней на 
вырубках [Текст] / И. М. Бартенев, С. В. Малюков. - Воронеж: ГОУ ВПО 
«ВГЛТА», 2010. - 82 с. - Деп. в ВИНИТИ 16.07.2010, № 454-В2010.

2. Малюков, СВ. Оборудование для удаления лесной поросли [Текст] / С. В. 
Малюков, Е. В. Поздняков, А. А. Аксенов // Сборник научных трудов по 
материалам международной заочной научно-практической конференции 
Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2014. -№ 2-2 (7-2). -С. 99-103. -DOI: 10.12737/3111.

3.
Поздняков, Е. В. Машины для удаления пней и древесно-кустарниковой 

растительности на вырубках [Текст] / Е. В. Поздняков, С. В. Малюков//Молодой 
ученый. -2013. -№ 12 (59). - С. 161-164.

4. Сериков, Ю. М. Снижение энергоемкости очистки вырубок [Текст] / Ю. м. 
Сериков // Повышение технического уровня машин лесного комплекса : 
материалы Всероссийской научно-практической конференции (Воронеж, 3-5 
июня 1999). - Воронеж, 1999. - 205 с.

5.
Малюков, СВ. Обоснование рабочего процесса и параметров 

комбинированного рабочего органа кустореза-осветлителя лесных культур 
[Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.21.01: защищена 15.05.2012 / СВ. Малюков. 
- Воронеж: ВГЛТА, 2012. - 190 с. -Библиогр.: с. 133-147.

13

УДК 691.34:539.422

ПРОЧНОСТЬ И ЖЕСТКОСТЬ ДРЕВЕСНО-ЦЕМЕНТНОГО 
МАТЕРИАЛА: ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ

ТАЛЬКОХЛОРИТА

EFFECT OF THE ADDITIVE WASTE OF SOAPSTONE PROCESSING ON THE 
STRENGTH AND STIFFNESS OF WOOD-CEMENT MATERIAL

Андреев Александр Александрович, аспирант кафедры механики, ФГБОУ 
ВПО «Петрозаводский государственный университет», г.

Петрозаводск, Россия

Чалкин Андрей Андреевич, студент лесоинженерного факультета,

ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет», г.

Петрозаводск, Россия

A. A. Andreev, Chalkin А. А.

Petrozavodsk State University, Petrozavodsk, Russia

DOI: 10.12737/3911

Аннотация: Экспериментально исследована при одноосном сжатии прочность 
и жесткость образцов древесно-цементного композита как ортотропного 
материала с добавками талькохлорита и сульфата алюминия.

Summary: Experimentally investigated strength and stiffness at uniaxial 
compression of wood-cement composite as a orthotropic material with the addition of 
aluminum sulfate and steatite.

Ключевые слова: древесно-цементный композит, одноосное сжатие, 
ортотропный материал, прочность, жесткость.

Keywords: wood-cement composite, uniaxial compressive, orthotropic material.

Рассматривается древесно-цементный композитный материал, который по 
ГОСТ Р 54854-2011 относится к легким бетонам на органических заполнителях 
растительного происхождения. В качестве заполнителя использованы опилки. 
Результаты исследования и совершенствования арболита и других материалов 
данного класса рассмотрены в ряде работ [1-4, 7-10]. По причине сложности 
объекта исследования известные рекомендации, например, СН 549-82, 
базируются на обобщении экспериментальных данных с учетом опыта 
применения данного материала в строительных конструкциях. В работе [6] 
показано, что добавка микрокремнезема позвышает прочность древесноцементного материала. В работе [10] исследована прочность арболита с учетом 
анизотропии его механических свойств. Однако остаются

14

недостаточно изученными вопросы прочности и, прежде всего, жесткости 
древесно-цементных материалов, а также влияние добавок в виде 
порошкообразных отходов камнеобработки, в частности - порошка 
талькохлорита, известного также как стеатит, мыльный или горшечный камень.

Цель работы: экспериментальное исследование прочности и жесткости 
древесно-цементного композита как ортотропного материала с добавкой 
отходов в виде порошка талькохлорита.

Объект исследования: образцы древесно-цементного композита в форме куба с 
ребром 10 см. Образцы испытывались сериями по шесть штук в возрасте 28 
суток. Для каждой серии был принят определенный состав исходной смеси.

Смесь № 1. Номера образцов по журналу испытаний: 96-101. Компоненты 
смеси в расчете на один кубический метр композитного материала: опилки 
древесные 350 кг, портландцемент (М400) 300 кг, известь 30 кг, жидкое стекло 
45 кг, сульфат алюминия 15 кг, фиброволокно полипропиленовое (отрезки 
длиной 18 мм) 1 кг, вода 330 л.

Смесь № 2. Номера образцов: 114-119. Смесь № 2 отличается от смеси № 1 
только добавкой порошка талькохлорита в количестве 49,5 кг.

Смесь № 3. Номера образцов: 126-131. Компоненты смеси в расчете на один 
кубический метр композитного материала: опилки древесные 350 кг, 
портландцемент (М400) 300 кг, порошок талькохлорита 45 кг, жидкое стекло 45 
кг, сульфат алюминия 15 кг, фиброволокно полипропиленовое (отрезки длиной 
18 мм) 1 кг, вода 330 л.

Образцы испытывались на машине SHIMADZU AG50kNX при сжатии (до 24 
мм) по направлению укладки слоев смеси в формы и перпендикулярно данному 
направлению. На рисунках 1.1, 1.2 и 1.3 приведены диаграммы сжатия 
«деформация (мм, по оси X) - сила (Н, по оси Y)» для указанных выше смесей 
1, 2 и 3 соответственно.

15

ЕЯ

/

/ ί І /

ш
/, $
/

1

^'"■' Ж /

■ У/'г . 
ii*it*fln**es» і?*ііі5иі»їа> :іііі.чї*ч«яіі)і
1.1
1.2
13

Рисунок 1 - Диаграммы сжатия образцов из смесей 1, 2 и 3

Испытания показали, что отходы камнеобработки в виде порошка 
талькохлорита могут заменить известь, повышая прочность и жесткость 
материала. Совместное использование извести и талькохлорита приводило к 
уменьшению прочности образцов, что показывает сравнение диаграмм 1.2 и 1.3 
на рисунке 1.

Результаты данной работы могут внести вклад в решение проблем 
рационального использования древесного сырья [1-5, 9].

Работа выполнена при поддержке Программы стратегического развития 
ПетрГУ в рамках реализации комплекса мероприятий по развитию научноисследовательской деятельности на 2012-2016 гг.

Библиографический список

1. Андреев А. А. Влияние гранулометрического состава измельченной 

древесины для древесно-цементного материала на его прочность// Технические 
науки - от теории к практике. 2014. № 32. С. 71-76.

2. Андреев А.А. Ресурсосбережение и использование отходов заготовки и 
переработки древесного сырья// Фундаментальные и прикладные исследования: 
проблемы и результаты.

3. Андреев А.А., Васильев СБ., Колесников Г.Н., Сюнѐв B.C. Влияние новой 
полимерно-минеральной добавки на прочность древесно-цементного материала 
для малоэтажного строительства // Сборник научных трудов по материалам 
международной заочной научно-практической конференции: Актуальные 
направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2014. № 2-2 
(7-2). С. 292-296.

4. Зайцева М.И., Робонен Е.В., Чернобровкина Н.П., Колесников Г.Н. 
Утилизация отходов переработки хвои сосны обыкновенной // В сборнике:

16

Деревянное малоэтажное домостроение: экономика, архитектура и 
ресурсосберегающие технологии: Сборник статей по материалам 
международной научно-практической конференции. Петрозаводский 
государственный университет. Петрозаводск, 2013. С. 25-30.

5. Колесников Н.Г. Разработка методики оценки социально-экономической 
эффективности использования местных ресурсов в регионе // Диссертация на 
соискание ученой степени кандидата экономических наук / Петрозаводск, 2001. 
155 с.

6. Лукутцова Н.П., Горностаева Е.Ю., Карпиков Е.Г. Древесно-цементные 
композиции с минеральными микронаполнителями // Вестник БГТУ им. В.Г. 
Шухова. Белгород, 2011. №3. С. 21-23.

7. Наназашвили И.Х. Строительные материалы из древесно-цементной 
композиции//Л.: Стройиздат, 1990. 415 с.

8. Пошарников Ф.В., Филичкина М.В. Анализ структуры смеси для 
опилкобетона на основании многофакторного планирования эксперимента // 
Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. 
2010. № 1.С. 111-114.

9. Титова С.А., Андреев А.А., Копарев B.C. Некоторые закономерности 
влияния крупности древесных частиц на теплопроводность, плотность и 
прочность щепоцементных блоков для малоэтажного строительства // В 
сборнике: Деревянное малоэтажное домостроение: экономика, архитектура и 
ресурсосберегающие технологии: Сборник статей по материалам 
международной научно-практической конференции. Петрозаводский 
государственный университет. Петрозаводск, 2013. С. 65-70.

10. Цепаев В.А., Один А.И. Длительная прочность арболита с учетом 
анизотропии строения // Приволжский научный журнал. 2007. № 1. С. 51-56; 
2014. №10. С. 148-155.

УДК 630*383

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ С 
ТЕРМОИЗОЛИРУЮЩИМ СЛОЕМ ИЗ ПЛИТ «ПЕНОПЛЭКС»

CALCULATION AND DESIGN OF PAVEMENT WITH A HEAT INSULATION

LAYER MADE PLATES "PENOPLEX"

Арутюнян А.Ю. ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический 
университет

г. Ухта, Россия» DOI: 10.12737/3912

Аннотация: в статье производится расчет требуемой толщины 
термоизолирующего слоя из плит «Пеноплэкс» для обеспечения 
морозоустойчивости дорожной конструкции лесной дороги. Для расчета

17

требуемой толщины теплоизолирующего слоя могут применяться: метод, 
использующий понятие о термическом сопротивлении конструкции; метод, 
использующий в качестве характеристики грунта коэффициент 
влагопроводности, определяемый экспериментально.

Summary: the article calculates the required thickness of the insulating layer plates 
"Penoplex" to ensure hardiness road forest road construction. To calculate the 
required thickness of the heat-insulating layer can be used: a method that uses the 
concept of thermally resistance design; method, using as characteristics of soil 
hydraulic conductivity coefficient determined experimentally.

Ключевые
слова:
дорожная
одежда,
термоизоляция,

морозоустойчивость.

Keywords: road pavement, thermal insulation of, frost resistance. 
Термоизолирующие прослойки из «Пеноплэкса» в конструкции дорожной 
одежды могут применяться: как альтернатива устройству традиционных 
морозозащитных слоев для снижения деформаций пучения при промерзании 
конструкции, в которой в пределах глубины промерзания имеются пучинистые 
грунты; как альтернатива устройству повышенных насыпей или устройству 
термоизоляции из торфа в зоне вечной мерзлоты, обеспечивающих реализацию 
1-ого принципа проектирования - сохранения вечномерзлого грунта в 
основании (или теле) насыпи с исключением просадок полотна при оттаивании 
его основания (или ее мерзлой части).

В работе производится расчет требуемой толщины термоизолирующего слоя из 
«Пеноплэкса» для обеспечения морозоустойчивости дорожной конструкции 
лесной дороги. Для расчета требуемой толщины теплоизолирующего слоя 
могут применяться: метод, использующий понятие о термическом 
сопротивлении конструкции (В. И. Рувинский); метод, использующий в 
качестве характеристики грунта коэффициент влагопроводности, определяемый 
экспериментально (И. А. Золотарь).

Требуемую толщину теплоизолирующего слоя hn по этому методу приближенно 
можно определить по формуле
Κ={Κ^-Κ^·Κ·β,
(!)

где: Rod(JV) - требуемое для данных условий термическое сопротивление

дорожной одежды, при котором морозное пучение конструкции не превысит 
допустимой величины, м К/Вт; ιε - коэффициент теплопроводности

18

«Пеноплэкса», Вт/мк; Rod(o) = Σ~~ термическое сопротивление части

конструкции дорожной одежды, расположенной над теплоизолирующем 
слоем; hi - толщина /-го слоя конструкции, м; kt - коэффициент 
теплопроводности /-го слоя, Вт/мк; п - число конструктивных слоев в 
конструкции, включая термоизолирующий слой.

Величину требуемого термического сопротивления Rod(Tp) вычисляет по

формуле:

^0ό(ηρ) = R„p ■ Код ■ Куел ■ δ ■>
(2)

где Rnp - приведенное термическое сопротивление; Код - коэффициент,

учитывающий срок службы дорожной одежды, между капитальными 
ремонтами; К - коэффициент, учитывающий схему увлажнения рабочего

слоя земляного полотна, δ - понижающий коэффициент.

По проведенным расчетам для проектируемой лесной дороги толщина 
теплоизолирующего слоя составит 2,6 см. Исходя из минимальной толщины 
плиты, назначаем толщину теплоизолирующего слоя 4 см. Конструкция 
дорожной одежды представлена на рисунке 1.

Проверка на прочность конструкции дорожной одежды с теплоизолирующим 
слоем из «Пеноплэкса» производится в соответствии с расчетами, 
предусмотренными ВСН 46-83 и проектом МСН 46-2000 (для нежестких 
дорожных одежд) и ВСН 197-91 (для жестких дорожных одежд).

Учет влияния термоизолирующего слоя на прочность конструкции дорожной 
одежды осуществляется путем приведения системы подстилающий грунт + 
слой «Пеноплэкса» к однородному слою с расчетным модулем упругости, 
равным общему модулю упругости на поверхности слоя 
«Пеноплэкса» (Етобщ). Последний вычисляем по формуле:

^обЩ~ о Г
тг и ΊΓ /7 Ί'
vv

Λ 2
,π h
" E '

1---- arctg{—-----) 1----г
π
2 D0
En_

где: Ег - модуль упругости грунта, подстилающего термоизоляционный слой, 
МПа, (при слоистой толще принимается общий модуль упругости на 
поверхности толщи под «Пеноплэксом»), МПа; Еп -модуль упругости 
«Пеноплэкса», МПа; D0 - расчетный диаметр отпечатка колеса, см; hn толщина слоя «Пеноплэкса», см.

При конструировании дорожных одежд со слоями из «Пеноплэкса»

19

следует учитывать, что, исходя из технологических особенностей их 
устройства, над «Пеноплэксом» должен быть устроен защитный слой из 
дискретного материала, предохраняющий его от воздействия построечной 
техники, а под «Пеноплэксом» - выравнивающий слой, толщиной 5-10 см. 
Защитный слой целесообразно устраивать из дренирующего материала.

Если между подстилающим грунтом и «Пеноплэксом» имеется прослойка 
песчаного грунта (дренирующий слой) толщиной более 5 см. в выражение (3) 
вместо Ег подставляется общий модуль на поверхности песчаной прослойки, 
определяемый по обычной методике. При меньшей толщине песчаной 
прослойки допускается не учитывать ее влияние в расчете.

Также при применении в конструкции дорожной одежды термоизолирующего 
слоя из «Пеноплэкса» следует выполнить проверку этого слоя на прочность при 
одноосном сжатии. Проверка ведется по двум расчетным случаям:для условий 
эксплуатации дороги; для условий строительства дорожной одежды. Проверка 
ведется по зависимости:

Ζη > 2дтоп,
(4)

где: Ζη - глубина расположения прослойки от поверхности, к которой

прилагается внешняя нагрузка (поверхность покрытия для условий

эксплуатации и поверхность слоя засыпки при строительстве; ZdTon 
допустимая глубина по условию прочности прослойки на одноосное сжатие.

Приближенно величину ZdTon устанавливают по формуле:

ZdT°n =d Δ^ΞΕ,μ
(5)

V 2,5R
v '

где: D - расчетный диаметр отпечатка колеса расчетной нагрузки, м; Р