Lesnoy Vestnik / Forestry BulletinLesnoy Vestnik / Forestry BulletinЛесной вестник / Forestry Bulletin2542-1468Eco-Vector70678510.18698/2542-1468-2024-2-136-149Forest engineeringЛесоинженерное делоResearch ArticleResults of harvester simulated service test during selective loggingРезультаты имитационного моделирования работы харвестера при выборочных рубках лесаSergeevaTat’yana V.СергееваТатьяна Владиславовна
Russian Federation

pg.

аспирант

sergeeva2010t@mail.ruGilyazovaTat’yana A.ГилязоваТатьяна Аркадьевна
Russian Federation

pg.

аспирант

tat-gilyazova@yandex.ruRukomoynikovKonstantin P.РукомойниковКонстантин Павлович
Russian Federation

Dr. Sci. (Tech.), Professor of the Department of Forestry and chemical technologies of the Institute of forest and nature management

д-р техн. наук, проф. кафедры лесопромышленных и химических технологий института леса и природопользования

rukomojnikovkp@volgatech.netVolga State University of TechnologyФГБОУ ВО «Поволжский государственный технологический университет»150420242821361492604202626042026Copyright ©; 2024, Sergeeva T.V., Gilyazova T.A., Rukomoynikov K.P.Copyright ©; 2024, Сергеева Т.В., Гилязова Т.А., Рукомойников К.П.2024Sergeeva T.V., Gilyazova T.A., Rukomoynikov K.P.Сергеева Т.В., Гилязова Т.А., Рукомойников К.П.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/2542-1468/article/view/706785

The currently existing mathematical dependencies are aimed only at substantiating the productivity of harvesters and do not allow a detailed analysis of the complexity of individual elements of the cycle time depending on natural and industrial conditions. In this regard, the purpose of this study is to substantiate the mathematical patterns of harvester operation, which allow for rapid technical calculations of productivity and labor costs with a sufficient level of reliability when performing various logging operations. To achieve this goal, a simulation model of harvester operation in a logging area was created and experiments were conducted on this model. The results of statistical processing of simulation results are shown. Regression dependencies are proposed for calculating the average hourly productivity of a harvester, as well as for calculating individual elements of its cycle time, created as a result of analyzing the results of a study on a model. The regression dependences of calculating the average time of pointing the manipulator at a growing tree, moving a fallen tree to its processing zone and the average time of moving the harvester between working positions per sawn tree, which have scientific and practical novelty, are determined. It is proved that labor rationing is impossible without taking into account the influence of such indicators on these elements of time as the average volume of whiplash in the cutting area, the proportion of the component being cut down, the forest reserve per hectare and the amount of large undergrowth in the cutting area. Diagrams of changes in the values of cycle time elements in the conditions of a variety of natural and industrial conditions in various forest areas are shown. Based on the conclusions obtained in the article, practical and scientific recommendations have been developed that increase the efficiency of labor rationing in logging operations. The obtained regression models are recommended for analyzing work efficiency and labor rationing when using the Silvatec 8266TH harvester.

Существующие на данный момент математические зависимости нацелены лишь на обоснование производительности харвестеров и не дают возможности детального анализа трудоёмкости зависящих от природно-производственных условий отдельных элементов времени цикла его работы. В связи с этим, целью данного исследования является обоснование математических закономерностей работы харвестера, позволяющих с достаточным уровнем достоверности осуществлять быстрые технические расчёты производительности и трудозатрат при выполнении различных рубок леса. Для достижения поставленной цели создана имитационная модель работы харвестера на лесосеке и проведены эксперименты на этой модели. Показаны результаты статистической обработки результатов имитационного моделирования. Предложены регрессионные зависимости для расчёта средней часовой производительности харвестера, а также расчёта отдельных элементов времени цикла его работы, созданные в результате анализа результатов исследования на модели. Определены регрессионные зависимости расчёта среднего времени наведения манипулятора на растущее дерево, перемещения поваленного дерева в зону его обработки и среднего времени перемещения харвестера между рабочими позициями в расчёте на одно спиленное дерево, обладающие научной и практической новизной. Доказано, что нормирование труда невозможно без учёта влияния на эти элементы времени таких показателей, как средний объём хлыста на лесосеке, доля вырубаемого компонента, запас древесины на гектаре и количество крупного подлеска на лесосеке. Показаны диаграммы изменения значений элементов времени цикла в условиях разнообразия природно-производственных условий на различных лесных участках. На основе полученных в статье выводов, разработаны практические и научные рекомендации, повышающие эффективность нормирования труда на лесосечных работах. Полученные регрессионные модели рекомендуются для анализа эффективности работы и нормирования труда при использовании харвестера Silvatec 8266ТН.

simulationloggingfelling areaselective loggingstatistical processingregression dependencecut-to-length harvestingимитационное моделированиелесозаготовкалесосекавыборочные рубкистатистическая обработкарегрессионная зависимостьсортиментная заготовка древесиныРоссийский научный фондRussian Science Foundation24-26-00129This work was financially supported by the Russian Science Foundation grant No. 24-26-00129, https://rscf.ru/project/24-26-00129/Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда № 24-26-00129, https://rscf.ru/project/24-26-00129/Kunitskaya O.A., Chernutskiy N.A., Derbin M.V., Rudov S.E., Grigor’ev I.V., Grigor’eva O.I. Mashinnaya zagotovka drevesiny po skandinavskoy tekhnologii [Machine harvesting of wood according to Scandinavian technology]. St. Petersburg: Izdatel’sko-poligraficheskaya assotsiatsiya vysshikh uchebnykh zavedeniy [Publishing and Printing Association of Higher Educational Institutions], 2019, 192 p.Куницкая О.А., Чернуцкий Н.А., Дербин М.В., Рудов С.Е., Григорьев И.В., Григорьева О.И. Машинная заготовка древесины по скандинавской технологии. СПб.: Издательско-полиграфическая ассоциация высших учебных заведений, 2019. 192 с.Mokhirev A.P., Kunitskaya O.A., Kalita G.A., Werner N.N., Shvetsova V.V. Ocenka nadezhnosti lesozagotovitel’nogo harvestera [Logging harvester reliability assessment] // Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2022, vol. 26, no. 5, pp. 93–101. DOI: 10.18698/2542-1468-2022-5-93-101Мохирев А.П., Куницкая О.А., Калита Г.А., Вернер Н.Н., Швецова В.В. Оценка надёжности лесозаготовительного харвестера // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2022. Т. 26. № 5. С. 93–101. DOI: 10.18698/2542-1468-2022-5-93-101Zyryanov M.A., Saltanov A.G., Davydenko A.N. Osnovnye tendentsii razvitiya konstruktsii lesozagotovitel’noy tekhniki v usloviyakh sovershenstvovaniya tekhnologicheskikh protsessov [Main trends in the design of forest machinery in conditions of improving technological processes]. Nauka i biznes: puti razvitiya [Science and business: development ways], 2021, no. 5(119), pp. 48–54.Зырянов М.А., Салтанов А.Г., Давыденко А.Н. Основные тенденции развития конструкции лесозаготовительной техники в условиях совершенствования технологических процессов // Наука и бизнес: пути развития, 2021. № 5(119). С. 48–54.Gellerstedt S., Dahlin B. Cut-to-length: The next decade. J. of Forest Engineering, 1999, no. 10(2), pp. 17–25.Gellerstedt S., Dahlin B. Cut-to-length: The next decade // J. of Forest Engineering, 1999, no. 10(2), pp. 17–25.Bol’shakov B.M., Andryushin M.I., Doronicheva E.V. Razvitie tekhnologiy i mashin pri rubkakh ukhoda za lesom v Finlyandii i Shvetsii [The development of technology and machines when thinning the forest in Finland and Sweden]. Lesokhozyaystvennaya informatsiya [Forestry information], 2019, no. 2, pp. 111–128. DOI 10.24419/LHI.2304-3083.2019.2.11Большаков Б.М., Андрюшин М.И., Дороничева Е.В. Развитие технологий и машин при рубках ухода за лесом в Финляндии и Швеции // Лесохозяйственная информация, 2019. № 2. С. 111–128. DOI 10.24419/LHI.2304-3083.2019.2.11Spinelli R., Owende P., Ward S.M. Productivity and cost of CTL harvesting of Eucalyptus globulus stands using excavator-based harvesters. For. Prod. J., 2002, no. 52(1), pp. 67–77.Spinelli R., Owende P., Ward S.M. Productivity and cost of CTL harvesting of Eucalyptus globulus stands using excavator-based harvesters // For. Prod. J., 2002, no. 52(1), pp. 67–77.Savinykh T.I., Savinykh M.A., Yakimovich S.B. Sravnitel’nyy analiz sposobov zagotovki drevesiny kharvesterom po kriteriyu proizvoditel’nosti i udel’noy energoemkosti [Comparative analysis of methods of harvesting wood by harvester according to the criterion of productivity and specific energy intensity]. Lesa Rossii i khozyaystvo v nikh [Forests of Russia and economy in them], 2021, no. 4(79), pp. 69–74. DOI 10.51318/FRET.2021.95.37.006Савиных Т.И., Савиных М.А., Якимович С.Б. Сравнительный анализ способов заготовки древесины харвестером по критерию производительности и удельной энергоемкости // Леса России и хозяйство в них, 2021. № 4(79). С. 69–74. DOI 10.51318/FRET.2021.95.37.006Savenkov D.A., Savenkova N.V., Derbin M.V., Tret’yakov A.V. Metod rotatsionnoy zameny pil’nykh tsepey kak sposob povysheniya proizvoditel’nosti kharvestera [Rotary replacement of saw chains as a way to increase harvester productivity]. Lesotekhnicheskiy zhurnal [Forestry engineering journal], 2020, v. 10, no. 2(38), pp. 196–203. DOI 10.34220/issn.22222-7962/2020.2/20Савенков Д.А., Савенкова Н.В., Дербин М.В., Третьяков А.В. Метод ротационной замены пильных цепей как способ повышения производительности харвестера // Лесотехнический журнал, 2020. Т. 10. № 2(38). С. 196–203. DOI 10.34220/issn.2222-7962/2020.2/20Chiorescu S., Gronlund A. Assessing the role of the harvester within the forestry-wood chain. For. Prod. J., 2001, no. 51(2), pp. 77–84.Chiorescu S., Gronlund A. Assessing the role of the harvester within the forestry-wood chain // For. Prod. J., 2001, no. 51(2), pp. 77–84.Talbot B., Nordfjell T., Suadicani K. Assessing the utility of two integrated harvester-forwarder machine concepts through stand-level simulation. Int. J. For. Eng., 2003, no. 14(2), pp. 31–43.Talbot B., Nordfjell T., Suadicani K. Assessing the utility of two integrated harvester-forwarder machine concepts through stand-level simulation // Int. J. For. Eng., 2003, no. 14(2), pp. 31–43.Wester F., Eliasson L. Productivity in final felling and thinning for a combined harvester-forwarder (Harwarder). Int. J. For. Eng., 2003, no. 14(2), pp. 45–50.Wester F., Eliasson L. Productivity in final felling and thinning for a combined harvester-forwarder (Harwarder) // Int. J. For. Eng., 2003, no. 14(2), pp. 45–50.Conradie I., Greene W.D., Murphy G.E. Value recovery with harvesters in southeastern USA pine stands. Forest Products J., 2004, no. 54(12), pp. 80–84.Conradie I., Greene W.D., Murphy G.E. Value recovery with harvesters in southeastern USA pine stands // Forest Products J., 2004, no. 54(12), pp. 80–84.Greene W.D., Jackson B.D., Culpepper J.D. Georgia’s logging businesses, 1987 to 1997. For. Prod. J., 2001, no. 51(1), pp. 25–28.Greene W.D., Jackson B.D., Culpepper J.D. Georgia’s logging businesses, 1987 to 1997 // For. Prod. J., 2001, no. 51(1), pp. 25–28.Piskunov M.A. Kompanii-uchastniki promyshlennoy kooperatsii po izgotovleniyu kharvesterov i forvarderov: analiz pervichnoy informatsii [Features of the harvesting and logging equipment market in Russia]. Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal), 2020, no. 6 (378), pp. 132–147. DOI 10.37482/0536-1036-2020-6-132-147Пискунов М.А. Компании-участники промышленной кооперации по изготовлению харвестеров и форвардеров: анализ первичной информации // Журнал естественнонаучных исследований, 2022. Т. 7. № 3. С. 48–52.Piskunov M.A. Issledovanie stoimosti kharvesterov na vtorichnom rynke kak aspekta izmeneniya ikh tekhnicheskogo sostoyaniya [Research on the price of harvesters in the secondary market as an aspect of changing their technical condition]. Traktory i sel’khozmashiny [Tractors and agricultural machinery], 2020, no. 5, pp. 37–44. DOI 10.31992/0321-4443-2020-5-37-44Пискунов М.А. Исследование стоимости харвестеров на вторичном рынке как аспекта изменения их технического состояния // Тракторы и сельхозмашины, 2020. № 5. С. 37–44. DOI 10.31992/0321-4443-2020-5-37-44Mokhirev A.P. Method of selection of forest machines under the climatic conditions. Forestry Engineering J., 2016, t. 6, no. 4(24), pp. 208–215. DOI 10.12737/23459Mokhirev A.P. Method of selection of forest machines under the climatic conditions // Forestry Engineering J., 2016, t. 6, no. 4(24), pp. 208–215. DOI 10.12737/23459Chayka O.R., Zhuravlev V.V. Obosnovanie parametrov tekhnologicheskogo oborudovaniya kharvesterov dlya nesploshnykh rubok lesa [Justification of parameters of harvesters’ technological equipment for non-final loggings]. Remont. Vosstanovlenie. Modernizatsiya [Repair, Reconditioning, Modernization], 2021, no. 2, pp. 39–40. DOI 10.31044/1684-2561-2021-0-2-39-40Чайка О.Р., Журавлев В.В. Обоснование параметров технологического оборудования харвестеров для несплошных рубок леса // Ремонт. Восстановление. Модернизация, 2021. № 2. С. 39–40. DOI 10.31044/1684-2561-2021-0-2-39-40Zhuk K.D., Ugryumov S.A., Svoikin F.V., Svoikin V.F. Razmerno-kachestvennye kharakteristiki kruglykh sortimentov, zagotavlivaemykh s primeneniem mnogooperatsionnykh lesnykh mashin [Dimension and quality specifications of round logs harvested with the use of multi-operational forest machines]. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2022, no. 5(389), pp. 114–130. DOI 10.37482/0536-1036-2022-5-114-130Жук К.Д., Угрюмов С.А., Свойкин Ф.В., Свойкин В.Ф. Размерно-качественные характеристики круглых сортиментов, заготавливаемых с применением многооперационных лесных машин // ИзВУЗ Лесной журнал, 2022. № 5(389). С. 114–130.Eliasson L. Simulation of thinning with a single-grip harvester. For. Sci., 1998, no. 45 (1), pp. 26–34.Eliasson L. Simulation of thinning with a single-grip harvester // For. Sci., 1998, no. 45 (1), pp. 26–34.Wang J., LeDoux C.B., Li Y. Simulating Cut-to-Length Harvesting Operations in Appalachian Hardwoods. International J. of Forest Engineering, 2005, v. 16, no. 2, pp. 11–27. DOI: https://doi.org/ 10.1080/14942119.2005.10702510Wang J., LeDoux C.B., Li Y. Simulating Cut-to-Length Harvesting Operations in Appalachian Hardwoods // International J. of Forest Engineering, 2005, v. 16, no. 2, pp. 11–27. DOI: 10.1080/14942119.2005.10702510Chayka O.R., Fokin N.S. Algoritm modelirovaniya parametrov lesnykh nasazhdeniy [Simulation algorithm of parameters of forest plantations]. Remont. Vosstanovlenie. Modernizatsiya [Repair, Reconditioning, Modernization], 2018, no. 12, pp. 41–43. DOI 10.31044/1684-2561-2018-0-12-41-43Чайка О.Р., Фокин Н.С. Алгоритм моделирования параметров лесных насаждений // Ремонт. Восстановление. Модернизация, 2018. № 12. С. 41–43. DOI 10.31044/1684-2561-2018-0-12-41-43Chernik D.V., Kazantsev R.V. Imitatsionnoe fizicheskoe modelirovanie universal’noy lesozagotovitel’noy mashiny [Imitational physical modeling of a universal forestry machine]. Khvoynye boreal’noy zony [Conifers of the boreal area], 2020, v. 38, no. 3–4, pp. 183–188.Черник Д.В., Казанцев Р.В. Имитационное физическое моделирование универсальной лесозаготовительной машины // Хвойные бореальной зоны, 2020. Т. 38. № 3–4. С. 183–188.Shirnin Yu.A., Onuchin E.M. Imitatsionnoe modelirovanie dvizheniya mnogooperatsionnoy lesnoy mashiny [Simulation modeling of the movement of a multi-operational forest machine]. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2003, no. 4, pp. 66–72.Ширнин Ю.А., Онучин Е.М. Имитационное моделирование движения многооперационной лесной машины // ИзВУЗ Лесной журнал, 2003. № 4. С.66–72.Chayka O.R., Mikheev K.P. Algoritm modelirovaniya zakhvata i srezaniya derev’ev kharvesterom na nesploshnykh rubkakh lesa [Simulation algorithm for gripping and cutting of trees by harvester in case of incompleted forest felling]. Remont. Vosstanovlenie. Modernizatsiya [Repair, Reconditioning, Modernization], 2019, no. 12, pp. 30–33. DOI 10.31044/1684-2561-2019-0-12-30-33Чайка О.Р., Михеев К.П. Алгоритм моделирования захвата и срезания деревьев харвестером на несплошных рубках леса // Ремонт. Восстановление. Модернизация, 2019. № 12. С. 30–33. DOI 10.31044/1684-2561-2019-0-12-30-33Sängstuvall L., Bergström D., Lämås T., Nordfjell T. Simulation of harvester productivity in selective and boom-corridor thinning of young forests. Scandinavian J. of Forest Research, 2012, v. 27, no. 1, pp. 56–73. http://dx.doi.org/10.1080/02827581.2011.628335Sängstuvall L., Bergström D., Lämås T., Nordfjell T. Simulation of harvester productivity in selective and boom-corridor thinning of young forests // Scandinavian J. of Forest Research, 2012, v. 27, no. 1, pp. 56–73. http://dx.doi.org/10.1080/02827581.2011.628335Wang J., LeDoux C.B. Estimating and validating ground-based timber harvesting production through computer simulation. For. Sci., 2003, no. 49(1), pp. 64–76.Wang J., LeDoux C.B. Estimating and validating ground-based timber harvesting production through computer simulation // For. Sci., 2003, no. 49(1), pp. 64–76.Wang J., Greene W.D., Stokes B. Stand, harvest, and equipment interactions in simulated harvesting prescriptions. For. Prod. J., 1998, no. 48(9), pp. 81–86.Wang J., Greene W.D., Stokes B. Stand, harvest, and equipment interactions in simulated harvesting prescriptions // For. Prod. J., 1998, no. 48(9), pp. 81–86.Aedo-Ortiz D.M., Olsen E.D., Kellogg L.D. Simulating a harvester-forwarder softwood thinning: A software evaluation. For. Prod. J., 1997, no. 47(5), pp. 36–41.Aedo-Ortiz D.M., Olsen E.D., Kellogg L.D. Simulating a harvester-forwarder software thinning: A software evaluation // For. Prod. J., 1997, no. 47(5), pp. 36–41.Sukhanov Yu.V., Seliverstov A.A., Sokolov A.P., Syunev V.S. Imitatsionnoe modelirovanie raboty kharvestera: algoritmy i realizatsiya [Simulation modeling of harvester’s work: algorithm and realization]. Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta [Scientific notes of Petrozavodsk State University], 2012, no. 8–2(129), pp. 49–51.Суханов Ю.В., Селиверстов А.А., Соколов А.П., Сюнев В.С. Имитационное моделирование работы харвестера: алгоритмы и реализация // Ученые записки Петрозаводского государственного университета, 2012. № 8–2(129), С. 49–51.Sokolov A.P., Osipov E.V. Obosnovanie tekhnologii zagotovki drevesiny s pomoshch’yu imitatsionnogo modelirovaniya na setyakh Petri [Substantiation of the technology of wood harvesting with the help of imitation modeling on petri net]. Lesotekhnicheskiy zhurnal [Forestry engineering journal], 2018, v. 8, no. 1(29), pp. 111–119. DOI 10.12737/article_5ab0dfc0247508.69266095Соколов А.П., Осипов Е.В. Обоснование технологии заготовки древесины с помощью имитационного моделирования на сетях Петри // Лесотехнический журнал, 2018. Т. 8. № 1(29). С. 111–119. DOI 10.12737/article_5ab0dfc0247508.69266095McNeel J., Rutherford D. Modeling harvester-forwarder system performance in a selection harvest. J. For. Eng., 1994, no. 6(1), pp. 7–14.McNeel J., Rutherford D. Modeling harvester-forwarder system performance in a selection harvest // J. For. Eng., 1994, no. 6(1), pp. 7–14.Hartsough B.R., Zhang X., Fight R.D. Harvesting cost model for small trees in natural stands in the interior northwest. For. Prod. J., 2001, no. 51(4), pp. 54–60.Hartsough B.R., Zhang X., Fight R.D. Harvesting cost model for small trees in natural stands in the interior northwest // For. Prod. J., 2001, no. 51(4), pp. 54–60.