Обоснование технологии заготовки леса при комплексном освоении лесных массивов Меньшиков, Владимир Николаевич

Введение к работе

Актуальность темы. Основные направления экономического и социального развития СССР предусматривают переход лесной отрасли на более рациональное использование лесосырьевых ресурсов в Европейской части страны без ущерба окружающей среде, обеспечение непрерывности лесопользования с улучшением качественного состава лесов и воспроизводства лесных ресурсов. Эти направления заложены и в Проекте "Концепция развития лесной промышленности на период до 2005 года". Необходимость перехода лесной отрасли на более интенсивное хозяйствование вызвано существенными изменениями,произошедшими в лесном фонде лесозаготовительных предприятий, расположенных на Северо-Западе и Севере Европейской части страны. Эти изменения предопределили новый тип лесных предприятий - комплексных, осуществляющих все работы по заготовке, лесовосстановлению и переработке леса на принципах непрерывности и неистощительности. В Постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 10.03.1988 г. отмечается, что такие предприятия будут основными в лесной промышленности.

Условия функционирования комплексных лесных предприятий существенно отличаются от тех, которые имеют место при промышленных /концентрированных/ заготовках. Это требует нового подхода при разработке и обосновании рациональных технологических процессов. Существующие теоретические положения для использования, в рассматриваемом случае требуют корректировки и дополнения.

Тема диссертация посвящена обоснованию и разработке технологии комплексного освоения лесных массивов, предусматривающей заготовку леса с сохранением природной среды и ее восстановление. Таким образом,работа способствует реализации задач, поставленных перед лесной промышленностью и лесным хозяйством. Разработка рассматриваемой проблемы, методы и способы решения входящих в нее задач имеют межотраслевой характер, так как результаты исследований могут быть использованы не только для интенсификации лесозаготовительных работ предприятий Минлес-прома, но и Гослесхоза.

- 4 ~

Цель работы в задачи исследований. Целью работы является повышение эффективности освоения лесных массивов методом интенсивного хозяйствования, с улучшением качественного состава лесов и воспроизводства, повышением их производительности, сохранением природной среды.

В соответствии с этим, установлены следукхцие основные задачи исследований:

обоснование методологического подхода исследования проб-леш, рассматривая ее как систему "лесная среда - лесозаготовки - лесовосстановление";

выбор и обоснование показателя эффективности функционирования системы " лесная среда - лесозаготовки - лесовосстановление" как единой динамической системы, изменяющейся в пространстве и времени;

обоснование и разработка математической модели показателя эффективности системы "лесная среда - лесозаготовки - лесовосстановление" с учетом множества подсистем и элементов, а также динамики лесорастительных условий, в которых эти подсистемы и элементы функционируют;

разработка математических моделей прогнозирования динамики основных показателей лесной среды - будущих объектов эксплуатации для использования САПР в технологических расчетах;

разработка математических моделей технологического процесса подсистем "лесозаготовки" и "лесовосстановление" и их элементов для случаев освоения лесосек различными способами рубок с учетом дина/лики показателей древостоев и их стохастич-ности;

установление закономерности взаимовлияния работы машин к природно-производственных факторов в разные периоды роста древостоев;

разработка рекомендаций и принципиальных схем технологического оборудования машин для повышения эффективности их работы при сохранении природной среды.

Решение этих задач проводилось в соответствии с Координационным планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ї.іиялеспрома СССР, Госкомитета по науке и технике и планами этих работ Ленинградской лесотехнической академии шлет С.Ы.Кирова с 1978 по 1989 гг. / номера государствешшх регист-

- 5 -раций тем: 78039I6I, 79059362, 8I0484I6, 0I840C5II8I, 01850022234, 01880036663/. Автор диссертации является исполнителем или ответственнил исполнителем этих научно-исследовательских работ.

Объекты и методы исследований. Объектами исследований явились система "лесная среда - лесозаготовки - лесовоостанов-ление", функционирующая в масштабе лесосеки, лесного квартала, массива кварталов, методы прогнозирования показателей древостоев, технологические процессы лесозаготовок и лесовосстакоз-ленля, методы расчета производительности лесосечных п лесовос-становительных машин, их конструктивные и технологические характеристики и технико-экономические показатели при выполнении лесоводственных требований по сохранению природной среды.

Перечисленные объекты исследовались следующим образом:

составлялись математические, модели, описывающие динамику роста показателей древостоев, технологические процессы работы различных систем машин по разным схемам и способам рубок, с разными конструктивными и технологическими параметрами, оценивались их достоинства и недостатки с учетом техкико-зкономи-ческих показателей и влияния на природную среду;

производилась оптимизация транспортно-технологичоского освоения лесных массивов с учетом динамики показателей древостоев и их пространственной трансформации.

Обоснование и разработка расчетных методик производилась с помощью теоретических и экспериментальных методов. При этом использовались теория гибели и размножения, теория вероятности, эксперименты. В процессе обработки и анализа полученных результатов применялись методы математической статистики и ЗШ. При использовании последних применялись стандартные или разрабатывались специальные программы.

Новизна исследований и научных результатов. Теоретически обоснован и разработан метод решения задач комшіексного технологического освоения лесных массивов при интенсивном хозяйствовании с учетом прогнозирования таксационных показателей осваиваемых древостоев. Получены расчетные обобщенные зависимости для прогнозирования показателей древостоя, составляющих его пород и 2-го яруса. Разработаны формулы для расчета математического ожидания и дисперсии производительности, зат-

рат времени и пути лесосечных машин при разработке лесосек иесплошными рубками, а также машин на лесовосстановлении, учитывающие динамику вероятностного состояния древостоя и его показателей во времени, с учетом доступности деревьев в разные приемы рубок» Разработаны формулы для расчета производительности машин при заготовке леса с сортировкой, с сохранением семенных куртин и полос, при заготовке деревьев с учетом масс кроны и зелени.

Установлены закономерности изменения производительности лесосечных машин в условиях несшюшных рубок при перемене рабочего вылета манипулятора ВШ.1 и соблюдении лесоводственных требований. Выявлен характер и степень влияния лесосечных машин и технологических параметров машин на лесную среду, ее сохранность и повреждаемость.

Разработана методика для оперативной оценки систем машин и схем разработки лесосек с учетом динамики показателей дре-востоев. С использованием ЭШ определены соотношения пути, совершаемого системами машин_чпри разработке лесосек из расчета ка I га, установлены наиболее целесообразные системы.

Разработаны математические модели зависимости эксплуатационных затрат и прибыли по всему комплексу работ при освоении лесных массивов способом интенсивного хозяйствования, а также рекомендации по улучшению сохранности природной среды, по совершенствованию конструкций лесозаготовительных машин и тракторов.

На защиту выносятся следующие научные положения.

1. Стратегия технологического освоения лесного массива путем интенсивного и непрерывного хозяйствования на ближний и дальний период с учетом трансформации объектов труда.

2. Совокупности математических моделей для расчета и прогнозирования показателей объекта труда и предмета труда, производительности, затрат времени и пути,'совершаемого системами машин при освоении лесных массивов несплошными рубками, рубками с сортировкой, с сохранением семенных куртин и полос, природной среды, с заготовкой биомассы, учитывающих динамику развития древостоя.

3. Метода оперативной оценки систем машин и схем разработки лесосек с учетом закономерностей развития древостоя.

__ n __

4. Закономерности изменения показателей работы лесосечных машин при соблюденші требований сохранения природной среди.

5. Математические модели зависимости суммарных эксплуатационных затрат по лесосечным и лесовосстановлтельншл работам от технологического процесса лесозаготовок, параметров машин

и оборудования, пространственного расположения древостоев в лесном массиве,

6. Технические решения, защищенные авторскими свидетель
ствами!, направленные ка повышение производительностиj сохране
ние природной среды без снижения производительности.

Достоверность выводов и результатов исследований. Достоверность полученных результатов обеспечена:

применением методов математической статистики при обосновании числа экспериментов, обработке и оценке результатов, нахождении законов распределения; использованием ЭВМ;

применением системного подхода при разработке математических моделей;

использованием большого статистического материала для получения обобщенных моделей прогнозирования показателей древостоя.

Практическая ценность п реализация работы. Разработан математический аппарат, позволяющий научно обосновывать и устанавливать наиболее целесообразные направления по совершенствованию процесса технологического освоения лесных массивов при интенсивном и непрерывном хозяйствовании. Полученные в работе результаты могут быть использованы при решении следующих практических вопросов: разработка технике—зкономичес-кого обоснования организации лесозаготовительного процесса по той или иной технологии при интенсивном и непрерывном хозяйствовании с сохранением или воспроизводством природной среды, прогнозирование таксационных показателей осваиваемых древостоев при непрерывном хозяйствовании и применении их в САПР; расчет математического ожидания и дисперсии производительности и затрат времени лесозаготовительных машин, затрат энергии, лесоводственвой оценки систем машин; обоснования норм выработки при несплошных рубках, рубках с сортировкой в лесу, с сохранением семенных куртин и полос, с сохранением природной среды, при сортиментной заготовке.

Разработанные в диссертации лесоводственные требования к технологическим процессам лесосечных работ вошш'в "Лесоводственные требования" и в "Инструкцию по сохранению подроста и молодняка", утвержденные Гослесхозом СССР в 1983 г. Результаты и рекомендации по определению доступности деревьев, производительности машин на несплошных рубках, повреудаеыости оставляемых деревьев используются при разработке машин для рубок ухода различными НИИ.

Теоретические положения и рекомендации по разработке лесосек с сортировкой, позволяющие устанавливать научно-обоснованные нормы выработки в различных лесорастительннх условиях, реализованы в 1982-88 г г. в лесозаготовительных объединениях "Ленлес" и "Свердлеспром".

Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на Всесоюзной научной конференции "Комплексное л рациональное использование лесных ресурсов" /1985 г./, на Всесоюзной научно-технической конференция "Охрана лесных экосистем в рациональное использование лесных, ресурсов" /СЕКЦия "Природосберегающая лесотехнология и промышленная экология", 1987 г./, на Республиканской научно-практической конференции /КарНШЛП, 1987 г. и 1988 г./, на ежегодных научно-технических конференциях ЛТА имени С.М.Кирова /1975 ...1988 г г./, на техническом совете Северо-Западного лесоустроительного предприятия /1985 г./, совещании лаборатории лесоустройства и аэрометодов ЛенНИИДХа/1987 г./, секции лесоведении и дендрологии Всесоюзного ботанического общества Академии Наук СССР /1988 г./, на заседании кафедр лесной таксации и лесоводства ЛТА имени С.М. Кирова /1987 г./.

Диссертационная работа обсукдена и одобрена на расширенном заседании кафедры механизации лесоразработок ЛТА имени С.М.Кирова с участием ведущих ученых по специальности 05.21.01 а 05.21.05.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 60 печатных работах общим объемом 57,3 п.л. Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах. На технические решения, охватывающие различные вопросы проблемы, получено 22 авторских свидетельства.

Объем работы» Диссертация состоит из веєдєкся, семи разделов, основных результатов и рекомендаций, списка использованной литература 209 наименований и 17 приложении. Основное содержание работы изложено на 296 страницах машинописного текста, иллюстрировано 70 рисунками и 6 таблицами. Приложение включает 32 таблицы, блок-схемы алгоритмов, программы для расчетов на ЭВМ, справки, акты, решения советов и кафедр.