Введение к работе
Актуальность темы. Неотъемлемой особенностью процесса заготовки древесины является воздействие на значительные площади лесных участков. Причем общая площадь, подвергнутая воздействия, растет на протяжении десятков лет в арифметической прогрессии в связи с ежегодным переходом в новые лесосеки. Таким образом, воздействие лесозаготовительной техники и технологии на лесную среду носит масштабный характер. Как показали данные широкого ряда исследовании, при лесозаготовках наибольший урон лесной среде наносится на путях первичного транспорта леса, выражающийся в уплотнении почво-грунта и колееобразовании. Выбор технолопіческого процесса и применяемых машин во многом предопределяет данное влияние.
В текущий момент предприятиям лесного сектора предлагается на выбор множественные варианты технологических процессов и машин для ведения лесозаготовок. Среди них можно выделить три базовых направления: сортиментную машинизированную и механизированную технологии (А, В), традиционную хлыстовую заготовку (С) и лесозаготовки деревьями (D).
Климатические изменения последних лет (увеличение безморозных периодов, повышенное количество осадков и т. п.) осложнили практическую реализацию лесозаготовок. Доля переувлажненных грунтовых оснований с низкой несущей способностью в лесосырьевых базах предприятий составляет значительную величину. Осуществление транспорта леса в таких условиях затруднено и может нанести значительный вред лесной среде.
Актуальной задачей представляется адекватная оценка каждого варианта технологического процесса лесозаготовок в рамках конкретных природно-климатических условий по степени воздействия на пути первичного транспорта леса с учетом климатических тенденций.
Цель исследования. Повышение эффективности обоснования выбора технологических процессов лесосечных работ и их параметров для различных природно-производственных условий на основе минимизации степени воздействия на пути первичного транспорта леса (трелевки). Достижение цели предполагает поэтапное решение следующих задач:
1. Исследовать особенности первичного транспорта леса (трелевки) при различных технологических процессах лесосечных работ на лесозаготовительных предприятиях Северо-Запада РФ.
-
Обосновать показатели воздействия технологических процессов лесосечных работ на пути первичного транспорта леса.
-
Разработать математическую модель воздействия технологического процесса лесосечных работ на лесную среду с учетом особенностей лесных почво-грунтов.
-
Экспериментально исследовать влияние различных технологических процессов лесосечных работ на пути первичного транспорта леса.
-
Исследовать воздействие лесозаготовительных машин на пути первичного транспорта леса в условиях Республики Карелия.
-
Разработать рекомендации по применимости технологических процессов на лесозаготовительных предприятиях Республики Карелия.
Объектами исследования являются технологические процессы лесосечных работ, лесные машины, пути первичного транспорта леса.
Предметом исследования являются процессы колееобразования и изменения физико-механических свойств почво-грунтов различных разновидностей и состояния на путях первичного транспорта леса, как неукрепленных, так и укрепленных отходами лесосечных работ, при движении лесозаготовительной техники.
Теоретической и методологической основой исследования являются труды и результаты научных разработок отечественных и зарубежных ученых в области лесозаготовительных производств и, в частности, технологических процессов лесосечных работ, а также нормативно-правовые документы Российской Федерации.
Методы исследования. При решении комплекса поставленных задач были использованы методы: лабораторные методы определения характеристик грунтов (ситовой, весовой, режущего кольца и др.), экспертных оценок, статистического анализа, математического моделирования процессов уплотнения и колееобразования. Для статистической обработки результатов экспериментов применялся MicroSoft Excel.
Научная новизна работы:
1. Границы зон распространения деформаций и возможные реализации процессов уплотнения и выпирания в почво-грунтах различного вида и состояния влагонасыщенности.
3. Эмпирические коэффициенты, характеризующие упрочнение лесного почво-грунта корнями, зависящие от степени нарушенное корненасыщенного слоя.
-
Математическая модель, позволяющая определить уплотнение и глубину колеи на почво-грунтах путей первичного транспорта леса различной степени укрепления.
-
Проведена комплексная оценка процессов уплотнения и колееобразования при работе основных типов лесозаготовительной техники на грунтах различного вида и состояния.
-
Разработаны рекомендации по применению различных технологических процессов лесосечных работ для лесозаготовительных предприятий.
Практическая значимость работы. Результаты диссертационной работы позволяют осуществить выбор технологического процесса лесосечных работ в конкретных почвенно-грунтовых условиях в целом и отдельных его составляющих, с учетом минимизации негативного воздействия на пути первичного транспорта леса. Разработанные модели позволяют адаптировать технологический процесс под различные зколого-лесоводственные требования.
Основные научные положения и результаты, выносимые па защиту:
1 .Математическая модель процессов колееобразования и уплотнения, отличающаяся учетом эффекта армирования лесного почво-грунта корнями деревьев, изменяющегося в зависимости от степени целостности корненасыщенного слоя в процессе движения трелевочно-транспортной техники по неукрепленным и укрепленным слоем отходов лесосечных работ путям первичного транспорта леса.
-
Результаты оценки технологических процессов лесосечных работ на основе разработанных моделей.
-
Материалы комплексного исследования последствий воздействия процессов лесосечных работ на пути первичного транспорта леса в условиях Республики Карелия.
-
Рекомендации по выбору технологических процессов лесосечных работ и их параметров для конкретных условий с учетом обеспечения минимизации повреждаемости путей первичного транспорта леса.
Обоснованность и достоверность результатов исследований. Достоверность результатов исследований подтверждается данными, полученными в ходе проведения экспериментов в реальных условиях на пятнадцати ведущих лесозаготовительных предприятиях Республики Карелия, данными статистического анализа, применением апробированных методов исследования свойств почво-грунтов, а также положительным опытом внедрения рекомендаций на лесозаготовительных предприятиях.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры тяговых машин ПетрГУ (2006-2009 гг.), на VIM международной конференции молодых ученых «Леса Евразии -Русский Север» (Петрозаводск, 2007), на VI-й международной школе-семинаре «Экология 2007: Эстафета поколений» (Пущино, 2007), на VII-й международной школе семинаре «Экология 2008: Эстафета поколений» (Пущино, 2008), на VIII-й международной конференции молодых ученых «Леса Евразии - Северный Кавказ» (Сочи, 2008), республиканской научно-практической конференции «Структурная перестройка лесного комплекса РК» (Петрозаводск, 2008), научно-технической конференции «Лес - 2008» (Брянск, 2008), «Лесные ресурсы таежной зоны России: проблемы лесопользования и лесовосстановления» (Петрозаводск, 2009), на международных конференциях-семинарах в НИИ леса Финляндии (METLA) (Йоэнсуу, 2007, 2008, 2009), на международном семинаре «Влияние технологий лесосечных работ на эксплуатационные затраты, безопасность и производительность труда, лесную среду и качество лесоматериалов в лесозаготовительных компаниях Республики Карелия» (ПетрГУ, 2008).
Публикации. Материалы диссертационных исследований опубликованы в 14 научных работах, в том числе три в изданиях, рекомендованных ВАК (п. 1, 2, 3 в списке публикаций) и в монографин (п. 4 в списке публикаций).
Реализация работы. Результаты диссертационных исследований
использованы при выполнении международных научных проектов
«Сравнение методов лесозаготовок - влияние технологий на качество
древесины, производительность труда и себестоимость продукции в
лесозаготовительных предприятиях» (TACIS, 2006-2008),
«Лесозаготовки и логистика в России - в фокусе исследований и возможностей бизнеса» (TEKES, 2008-2011), «Создание инфраструктуры лесных дорог и управление системами транспортировки древесины для лесопромышленного комплекса и биоэнергетики» (ФЦП, 2009-2010).
Рекомендации по выбору технологических процессов лесосечных работ внедрены на лесозаготовительных предприятиях. Результаты диссертационных исследований используются в учебном процессе кафедры тяговых машин и кафедры промышленного транспорта и геодезии Петрозаводского государственного университета в курсах «Основы грунтоведения и механики фунтов» и «Сухопутный транспорт
леса», в дипломном проектировании студентов специальности «лесоинженерное дело».
Структура и объем работы. Диссертация состоит га введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, приложений, списка использованных источников in 132 наименований. Содержание работы изложено на 123 страницах машинописного текста, иллюстрировано 41 рисунком и 25 таблицами.
