WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального ...»

-- [ Страница 2 ] --

К фундаментальным исследованиям следует отнести те труды, кото рые обеспечивают в перспективе оптимизацию технологических процессов в лесозаготовительной промышленности, включая: технологию лесосеч ных работ, транспортное освоение лесных массивов и экологическую эф фективность функционирования систем [47-49]. Если рассматривать фун даментальность исследования как исследование обеспечивающее в пер спективе высокую эффективность любого производства, то к научным фундаментальным трудам можно отнести исследования по управлению ле созаготовительного производства и технической эксплуатации машин и оборудования, участвующих в производстве. К таким исследованиям сле дует отнести труды докторов технических наук Андреева В.Н., Герасимова Ю.Ю., Анисимова Г.М., Большакова Б.М., Мазуркина Б.М., Ильина Б.А., Семенова М.Ф. [50-57]. В отдельную группу исследований следует выде лить труды по оценке влияния потенциальных свойств лесосечных машин и оборудования на технологию работ и эффективность производства. Кро ме перечисленных выше трудов ученых к этой группе исследований сле дует отнести труды докторов технических наук Александрова В.А., Багина Ю.И., Бартеньева И.М., Петровского В.С., Коробова В.В., Котикова В.М., Смирнова Ю.Д., Кочнева А.М. и др. [58-68].

Наиболее существенный вклад в проблему изучения влияния движи телей лесных машин на почвогрунты лесосек внесен учеными СПб ГЛТА им. С.М. Кирова, в частности учеными научной школы д.т.н., проф. Ани симова Г.М.

1.2.2 Воздействие техники и технологии лесосечных работ на биоло Данный параграф работы может быть логически разбит на два ос новных компонента – это обеспечение сохранности хозяйственно ценных (главных) древесных пород и сохранение местообитания недревесных лес ных организмов.

1.2.2.1 Сохранение подроста Большое число исследований проведено по технологической и эко логической оценке вновь создаваемых отечественных лесосечных машин [97, 98, 99] и внедряемых зарубежных [98 – 101, 140]. При технологиче ской оценке исследуются годовая выработка на списочную машину в раз личных производственных условиях, стоимость машины и различные удельные затраты [98, 99]. Исследования скандинавской техники и техно логии в основном ограничивается сохранением подроста в различных поч венно-производственных условиях [100, 101, 102].

Результаты исследований по сохранению подроста хозяйственно ценных пород при работе агрегатных машин приведены в работах [36, 38, 81, 82, 83]. Объектами исследований были лесосеки, разработанные, ва лочно – трелевочными машинами ВТМ-4, ЛП-17 и валочно - пакетирущи ми машинами ЛП-19, работавшими в комплексе с трелевочными тракто рами ТБ-1, ЛП-18А, ЛТ-154, ЛТ-157 и "Кларк".

Технологический процесс лесосечных работ с применением перечис ленных машин заключался в следующем.

При разработке лесосек валочно-трелевочными машинами ВТМ-4 и ЛП-17 последние производили срезание деревьев, укладку их в пакети рующие устройство машины и трелевку пачек деревьев к погрузочному пункту. Схема разработки лесосеки - самая распространенная для этих машин - петлевая. При этой схеме машина перемещается в процессе рабо ты по всей площади лесосеки.

При разработке лесосек валочно-пакетирующими машинами ЛП- они производили срезание деревьев и укладку их в пачки. Трелевка пачек осуществлялась перечисленными выше тракторами. Схемы разработки ле сосек были различные. По первой схеме (1 технология) срезанные деревья укладывались на проход машины - будущий трелевочный волок. Таким образом, крона дерева в основном находилась на трелевочном волоке. По сле разработки каждой пасеки машина по объездному волоку возвраща лась в дальний конец очередной пасеки, делая холостой ход. Трелевка па чек деревьев производилась на один погрузочный пункт.

По второй схеме (2 технология) срезанные деревья укладывались на землю под углом 30-50° к волоку, чтобы волок был свободен для прохода трелевочного трактора. В результате вся крона деревьев находилась на по лупасеке и накрывала имеющийся подрост. Машина двигалась челночным способом. При движении машины от погрузочного пункта деревья укла дывались в пачки сбоку и впереди, а при движении к пункту - сзади и сбо ку машины. При этой технологии движение трелевочного трактора строго по волокам не выдерживалось.

По третьей схеме (3 технология) при разработке одной пасеки сре занные деревья укладывались на волок (как по 1 технологии), а при разра ботке второй пасеки - на полупасеку под углом к волоку (как по 2 техноло гии). Таким образом получалась комбинированная схема. В этой схеме, как и во второй, надобность в объездном волоке отпадает и холостые проходы машины значительно сокращайся. Трелевка пачек производилась на один погрузочный пункт.

Своеобразным вариантом была схема с двумя погрузочными пункта ми, расположенными по противоположным сторонам лесосеки.

В этом варианте при разработке пасек срезанные деревья укладыва лись на волок. Направление комлей пачек в соседних пасеках различное, так как машина, после разработки пасеки разворачивалась на соседнюю и двигалась в обратном направлении. В этом случае надобность в объездном волоке отпала.

Как показали исследования [36, 38, 81, 82, 83] валочно-трелевочная машина ВТМ-4 оказывает существенное воздействие на предварительное возобновление леса. Так при наличии жизнеспособного подроста ели под пологом леса около 5 тыс.шт/га с высотой 0,9-1,5 м, после разработки ле сосеки осталось не более 10%, из которых более 50% повреждено. Практи чески весь подрост уничтожается.

При разработке лесосеки машиной ЛП-17, независимо от того, в ка ком технологическом режиме она работает, также сохраняется не более 10% подроста ели.

Таким образом ВТМ-4 и ЛП-17 не способны сохранять достаточного количества подроста для надежного восстановления леса на вырубках, ес ли оно основывается только на предварительном возобновлении.

При разработке лесосек в Крестецком леспромхозе агрегатными ма шинами и тракторами ТБ-1 елового подроста сохранилось от 18 до 65% летом в том числе неповрежденного - от 10 до 57,2% и от 28 до 50% - зи мой. [36]. Осторожное извлечение деревьев из пасек с подростом машиной ЛП-19 и при трелевке трактором ТБ-1 только по волокам способствует большему сохранению подроста, но ведет к снижению производительно сти на 10-18%. Разработка лесосеки производилась по схеме с перпендику лярным расположением пасек (лент) к лесовозному усу. Ширина разраба тываемой ленты составила 14 м, волока 4-4,5 м. После валки деревьев со хранилось (без учета погрузочный площадок) 63-86% подроста ели, а по сле трелевки 16-50% (меньше во влажных типах леса, так как трактор ТБ- из-за избыточного увлажнения чаще выезжал за пределы волока).

Изучение воздействия валочно-пакетирующей машины ЛП-19 на подрост проводилось на лесосеках, указанных выше. После рубки ельника черничника с использованием ЛП-19 и ТБ-1, при исходном количестве подроста от 5,5 до 6,8 тыс.шт/га, сохранилось при работе по 1 технологии (с укладкой деревьев на волок) - 60,2%, по 2 технологии (с укладкой де ревьев под углом к волоку) - 7,9% и по 3 технологии (комбинированной) 36,1%, в том числе неповрежденного подроста соответственно 54,7;

3,4 и 27,9%. Средняя ширина пасек составила 14,5 м, 11,8 м и 14,2 м, а ширина волоков 4,2, 5,8 и 4,5 м. Основной процент повреждаемости приходится на трелевку. Автором работы [36] установлено, что по мере удаления от во лока к центру ленты процент сохранности подроста увеличивается почти до 100%. Это заметнее при 1 технологии. На полосе, примыкающей к во локу, процент сохранности подроста низкий, что объясняется воздействи ем на подрост высотой более 1,2 м корпуса (противовеса) машины ЛП- при его развороте во время выноса срезанных деревьев на волок, так как корпус выступает в сторону от края гусеницы на 1,7 м. На этой же полосе часть подроста всех высот уничтожается кронами трелюемых деревьев и при поворотах манипулятора на минимальном его вылете.

Результаты работы показали, что машина ЛП-19 одинаково воздейст вует на подрост по мере удаления от погрузочной площадки к дальнему концу лесосеки. Однако после трелевки трактором ТБ-1 сохранилось бли же к площадке 40,8%, в средней части лесосеки 64% и в дальней части 70,2%.

После рубки в сосняке-багульниковом с использованием ЛП-19 и тракторов ЛТ-157 и ЛТ-154 в Советском лесокомбинате были получены следующие результаты. При работе по 2 технологии (с укладкой деревьев под углом к волоку) площадь занимаемая пачками деревьев, составила 43,5% площади лесосеки без учета погрузочной площадки. После трелевки печек трактором ЛТ-154 на этой лесосеке сохранилось 4,2% подроста хвойных пород.

При работе по 1 технологии (с укладкой деревьев на волок) площадь занимаемая пачками деревьев составила 18,3% площади лесосеки (без по грузочных площадок). После работы машины ЛП-19 сохранилось 73,5% подроста, в том числе 70,6% неповрежденного. Ширина разработанной ленты составила 14,8 м, а волока - 3,2 м. После трелевки сохранилось 68,2% подроста, в том числе 61,2% неповрежденного, на лентах без воло ков соответственно 87 и 78%. С учетом погрузочных площадок сохрани лось 58% подроста. Площадь погрузочных площадок равнялась 1,8 га (15% площади всей лесосеки).

Автором работы [36] отмечается также, что при разработке лесосек в зимний период сохраняется 63-70% подроста, а с учетом погрузочных площадок 52-59%. Площадь двух погрузочных площадок занимала 0, 0,77 га (15-12% территории лесосеки).

Для сопоставления приведем данные того же автора [36] о сохранно сти подроста при разработке лесосеки бензиномоторной пилой и тракто ром тб-1 (Крестецкий леспромхоз). При валке деревьев с полупасек вер шиной к волоку, с предварительной обрезкой вершин и крупных сучьев, после трелевки ТБ-1 сохранилось 52,2% подроста, в том числе неповреж денного 37,2%. На пасеках без учета площади волоков сохранилось 66,5% подроста. Большой процент уничтоженного подроста в данной технологии можно объяснить тем, что до 11,4% деревьев было повалено под углом 60° к волоку и 5,1% - под углом 60-90°. При сборе их в пачку они уничто жали подрост.

При трелевке деревьев за комель (обычная технология) сохранилось 11% подроста, в том числе 5,4% имеют повреждения.

Примерно аналогичные цифры приводятся в работе [9] при использо вании на трелевке трактора ЛП-18А.

А.М. Вечерин и Г.А. Гаркунов [84] дают следующую лесоводствен ную оценку машин по сохранению подроста. Установив при опытных руб ках, что применение ЛП-19 ЛТ-157 на твердых грунтах и с ЛТ-154 на сла бых позволяет сохранить летом в пасеке 62-67% мелкого и среднего под роста и 50-55% крупного, они сделали вывод, что эти машины отвечают требованиям лесного хозяйства, хотя производительность валочно пакетирущих машин за счёт подъёма дерева над подростом снижается на 20-25%. Все другие новые отечественные машины (ВМ-4, ВТМ-4, ЛП-17, ЛП-49, ТБ-1, ЛП-18, ЛП-18А) при трелевке деревьев за комель не обеспе чивают сохранения подроста, хотя имеют хорошие производственные по казатели.

При трелевке за вершины деревьев с помощью ЛП-18 и ЛП-18А можно сохранить 50-69% тонкомера. Линейные повреждения почвы не превышают 10%. Однако, производительность этих машин, по сравнению с трелевкой за комли снижается на 11,2%. [85].

В.А. Помазшок и В. А. Смердов [86] заявляли, что все агрегатные машины требуют усовершенствования, хотя сохранность подроста без по вреждений при сплошной рубке ЛП-19 в комплексе с ЛП-18 составила в их опыте 59%. При сохранении подроста производительность труда снижа лась. Площадь всех волоков (с магистральными) изменялась от 35% до 43% площади лесосеки.

Из этого анализа следует, что валочно-трелевочные машины типа ВТМ-4 и ЛП-17, ввиду небольшой ширины разрабатываемой ленты леса и особенностей технологического процесса их работы, не обеспечивают же лаемого сохранения природной среды, в особенности результатов предва рительного лесовозобновления. Хотя имеют хорошие производственные показатели.

Валочно-пакетирующая машина типа ЛП-19 обеспечивает высокий процент сохранности подроста и почвенного покрова при укладке деревьев на волок. Однако, ввиду того, что пачки при этом получаются небольши ми, резко снижается производительность трелевочного трактора (при этом процент сохранности природной среды не увеличивается из-за того, что машиной формируются, а трактором трелюются небольшие пачки). В то же время, машина ЛП-19 при работе по схеме, обеспечивающей достаточ ную производительность трелевочного трактора, не обеспечивает сохране ние природной среды.

Квалифицированная оценка влияния лесосечных машин на сохран ность подроста дана в работах [87, 88, 89]. Анализ этих работ показал, что сохранность подроста, минерализации и уплотнения почвы, размер площа ди лесосеки, подверженной отрицательному воздействию лесосечных ма шин и персонала, определяется не столько техникой, сколько организацией работ, физико-механическими свойствами почвы, характеристиками дре востоя, климатическими условиями или сезоном лесозаготовки;

поэтому результаты исследований влияния лесосечных машин на сохранность под роста и рекомендации исследователей по применению систем машин зна чительно отличаются. Исследователи Рубцов М.В. и др. [87] изучили влияние многооперационных машин и тракторов ТДТ-55 и ТТ-4 работаю щих по традиционной технологии: делянки разрабатывались узкими лен тами, на валке использовались бензиномоторные пилы, трелевали хлысты за комли с помощью тракторов ТДТ-55 и ТТ-4, сучья обрубались на лесо секе, разбрасывались за тем по площади вырубки. По другой технологии использовались на валке машины ЛП-19, на трелевке ЛП-154, ЛП-18А.

При этом на погрузочные площадки приходилось 22-28% площади лесосе ки. Определенная по аэрофотоснимкам густота транспортных путей и площадь погрузочной площадки, установленные в натуре параметры воло ков, путей прохода техники и дорог позволили определить размеры выруб ки занятой различными технологическими элементами. На делянках, раз рабатываемых с помощью многооперационных машин, она составляла 50% площади, на участках где применялась традиционная техника и тех нологии – в 2,5 раза меньше. При использовании многооперационных ма шин в летний сезон на волоках, дорогах и погрузочных площадках в све жих и влажных условиях почвы на производственных участках были очень изменены. В целом на обследованных делянках площадь с поверхностью почвы, поврежденной в сильной степени составила в черничнике свежем – 36 %, влажном – 43 %. Там, где применялась традиционная технология эти показатели были в 4 раза меньше. Все это можно трансформировать и на сохранность подроста [87].

Бартеньев И.М. и Винокуров В.Н. [90] на основании анализа иссле дований различных авторов установили, что ЛП-49 и ЛП-18А губят до 85% подроста и 85 % тонкомера. Трелевочные трактора из-за высокого давления на грунт даже при разовом проходе в почве с повышенной влаж ностью проделывают глубокую колею. В таких условиях волок после двух трех проходов трактора становится непроходим. Трактор с каждой новой пачкой вынужден проделывать новый след. В результате этого практиче ски вся площадь вырубки (90-95 %) оказывается изрезанной глубокими колеями, уничтожается до 90-93 % подроста и минерализуется почва на 80 %.

Процент поранений подроста и почвенного покрова по территории лесосеки распределяется неравномерно: больше в районе погрузочных пунктов и меньше в отдаленных частях лесосеки. Общий же средний про цент на лесосеке зависит от площади, занимаемой волоками и погрузоч ными пунктами. В свою очередь количество последних зависит от пара метров машин и трелевочных тракторов и схемы планировки лесосеки, а это, соответственно, влияет на производительность машин и тракторов и экономическую эффективность проведения лесовосстановительных меро приятий. Таким образом, получается тесная взаимосвязь всех перечислен ных моментов.

Из всех видов лесовозобновления (естественное, искусственное и смешанное) современная лесоводственная наука считает наиболее пред почтительным естественное и, иногда, смешанное [91].

В настоящее время считается, что из всех мер содействия естествен ному лесовозобновлению наиболее действенным является сохранение под роста, т.е. основная ставка делается на сохранение результатов предвари тельного лесовозобновления. Для осуществления такого способа содейст вия разработаны специальные способы заготовки леса (Костромской спо соб при механизированной валке, челночный способ при работе ВТМ и др.), которые позволяют сохранять до 65% имеющегося на пасеках подрос та снижая при этом производительность основных работ. В научной лите ратуре встречаются сведения, что такой метод содействия позволяет со кратить оборот рубки главной породы на 10 – 50 лет.

Однако, такой подход далеко не всегда оправдан следующим причи нам:

• известно, что на большей части территории покрытых лесом равнинных земель лесного фонда РФ главными породами являются хвойные;

• в лесах, где в качестве главной породы выбраны светолюбивые хвойные (сосна, лиственница) подрост данных пород практически отсутствует из-за их неспособности нормально развиваться под материнским пологом;

• в лесах образованных теневыносливыми хвойными (ель, пихта) имеется большое количество подроста, однако, по нашим наблюдениям и по дан ным других исследователей [92], большое количество сохраненного при лесозаготовках подроста погибает в первые 5-10 лет после сплошной руб ки из-за резкого изменения микроклимата и светового режима после уда ления материнского полога (ожог хвои и шейки корня, выжимание корней и пр.). Причем, процент отмирающего подроста напрямую зависит от типа вырубки, а, следовательно, от предшествующего ей типа леса.

• отмирающий в течении 1-2 классов возраста подрост захламляет лесо секу повышая ее пожароопасность и увеличивая риск поражения леса вре дителями и болезнями.

В связи с этим можно утверждать, что в определенных типах леса отказ от сохранения подроста, с обязательным оставлением семенников, может дать в большей степени положительные, нежели отрицательные результа ты по следующим причинам:

• технологии лесосечных работ без сохранения подроста более произво дительны;

• отказ от строго заданной сети пасечных трелевочных волоков позволит трелевочным тракторам проезжать по одному месту не более 2-4 раз (в за висимости от удаленности от верхнего склада) приводя в большей степени к улучшению лесной почвы благодаря ее скарификации, а также доводя плотность почвы до оптимальной для развития семян, т.е. способствуя улучшению условий для последующего естественного лесовозобновления [93];

• при очистке лесосек от порубочных остатков появляется возможность использования высокопроизводительных подборщиков грабельного типа;

• отказ от сохранения подроста позволит шире использовать технологию трелевки деревьев за комли, резко повышая производительность операции очистки деревьев от сучьев (при использовании мобильных сучкорезных машин), позволит сконцентрировать большую часть порубочных остатков на верхнем складе значительно облегчая их дальнейшую утилизацию и снижая трудоемкость очистки лесосек [94].

Более того, например, в [95] отмечается, что согласно проведенным исследованиям, на основании обширного материала, полученного в Запад ной и Средней Сибири на вырубках погибает от 15 – 95%, а иногда и 100% сохраненного жизнеспособного подроста хвойных пород. Такие же данные получены на некоторых типах вырубок для условий Северо-Западного ре гиона РФ авторами работы [92], в которой, в частности говорится, что «от пад подроста ели (20-летнего возраста в момент рубки) за пятилетний пе риод после сплошной рубки (Крестецкий ЛПХ) в формирующемся разно травно-ситниковом, ситниково-вейниковом и ситниковом типах вырубок соотвественно составил: 18,5%, 57,3% и 100%.

Авторами работы [96] в результате широкомасштабных исследова ний установлено, что в целом по Северо-Западному региону площадь ле сонасаждений с достаточным для устойчивого лесовозобновления количе ством подроста главных пород не превышает 49,2%, причем, для некото рых областей она не превышает 10% (Новгородская – 9,0%, Псковская – 5,9%).

Вышесказанное позволяет утверждать, что на значительных лесных площадях сохранение подроста не является выгодным, в связи с плохими перспективами его последующего развития или с его недостаточным коли чеством. В этом случае на первый план выход последующее естественное лесовозобновление, основанное как на обязательном сохранении обсеме нителей, так и на мерах содействия, таких как подготовка почвы, очистка лесосек и пр.

Понятно, что с точки зрения последующего естественного лесово зобновления (прорастания попавших в почву семян) состояние почвы бу дет одним из первоочередных факторов влияющих на успешность данного процесса. Также очевидно, что использование дополнительных машин и механизмов для выполнения специальных технологических операций по подготовке почвы к последующему естественному лесовозобновлению бу дет удорожать и усложнять процесс лесосечных работ.

Наиболее простым решением данной дилеммы, на наш взгляд, явля ется модернизация технологии лесосечных работ с целью одновременного повышения как технологической (экономической), так и экологической эффективности лесосечных работ.

1.2.2.2 Сохранение ключевых биотопов Известно [22], что лес – это элемент географического ландшафта, со стоящий из древесных, кустарниковых и травянистых растений, элементов животного мира и микроорганизмов, в своем биологическом развитии взаимосвязанных и оказывающих влияние друг на друга и на окружающую среду.

Любая природная территория представляет собой иерархию природ но-териториальных комплексов разного уровня. Разные экологические функции леса проявляются на разных уровнях иерархии, и, следовательно, природоохранное планирование выполняется для природно территориальных комплексов различного масштаба – географического ландшафта, местности, выдела и ключевых биотопов внутри выдела.

На разных уровнях природоохранного планирования специалистами лесного хозяйства, биологами, экологами и т.д. решаются различные зада чи, от выбора приоритетов экологической политики (в масштабе террито рии 200-300 тыс. га) до выделения ключевых биотопов и объектов важных для сохранения лесной среды и биоразнообразия (в масштабах выдела).

Для рассматриваемой проблемы, сохранения биоразнообразия леса при проведении сплошных рубок, наиболее важными будут решения при нятые на самых низких уровнях планирования, при которых производится выделение участков подлежащих обязательному сохранению при проведе нии рубок главного пользования, в масштабе выдела (лесосеки).

Для сохранения разнообразия естественных условий, а также важных элементов лесной среды и местообитания многих видов живых организмов специалисты выделяют охраняемые (ключевые) объекты – микробиотопы и микроместоположения [71].

К микроместоположениям относят элементы микрорельефа на лесо секе. К ним можно отнести непродуктивные участки (каменистые участки и выходы скал);

заболоченные понижения, ключи, плывуны и небольшие водотоки.

Микробиотопы – это элементы лесной среды, необходимые для со хранения биологического разнообразия на вырубке. Это, например, скоп ления крупного сухостоя и валежника на разных стадиях разложения с су ществующим возобновлением, старовозрастные хвойные и широколист венные деревья предыдущих генераций леса (единичные или в группах).

В дальнейшем изложении микробиотопы и микроместоположения будем называть одним термином – ключевые биотопы.

Основными направлениями повышения экологичности сплошных рубок, являются: повышение надежности естественного лесовозобновле ния на вырубках, а также сохранение биоразнообразия лесов.

Эти два требования могут быть достигнуты при обоснованном при менении технологии заготовки леса без сохранения подроста и жесткой се ти пасечных волоков, при обязательном оставлении ключевых биотопов лесосеки, которые могут играть также, роль семенных куртин [72, 70].

К основным ключевым биотопам относятся [71, 73]:

1. Временный естественный водоток между двух холмов. Здесь вода течет в открытом виде только весной;

летом на поверхности земли воды не видно, однако она продолжает свое движение в почве. Де ревья подобно насосу откачивают воду и препятствуют заболачива нию участка, поэтому вдоль водотока в пределах заболоченной час ти оставлены все деревья полосой от 10 до 15 метров. При вырубке тяжелая техника перерезала бы подземное русло, что неизбежно привело бы к естественному и очень быстрому заболачиванию уча стка. Деревья, растущие на подобных участках, как правило, имеют низкое качество древесины, поэтому экономические потери из-за оставленной здесь древесины невелики. Таким образом, сохранение данного ключевого биотопа имеет не только экологический, но и экономический смысл;

2. Участки леса на заболоченных понижениях. Это маленькие болота, вокруг которых оставляются деревья. Задача этого биотопа - сбе речь группу деревьев, которые способствуют сохранению многих живых организмов. Обычно на таких болотах растет низкотоварная древесина, поэтому экономические потери здесь также невелики.

Деревья сохраняют только на заболоченных территориях. Возоб новляясь естественным путем, заболоченные участки будут способ ствовать сохранению мозаичной структуры леса на этой террито рии. Тяжелая техника должна обходить эти участки, чтобы сохра нить слабую почву биотопа.

3. Скоплений крупного валежника на разных стадиях разложения и су хих деревьев. С мертвой древесиной связано очень большое коли чество видов живых организмов. Птицы, множество насекомых, грибы и ягоды - в лесу нет ничего лишнего, все необходимо для его развития и естественной жизни. Особенность биотопа состоит в том, что выбираются участки не эксплуатационной площади лесо секи, где уже произошло естественное куртинное возобновление леса, которое будет формировать естественный лес. Следует отме тить, что оставление данного вида биотопов противоречит фитопа тологической задаче очистки лесосек, поэтому выделение биотопов такого типа возможно только в энтомологически безопасных рай 4. Небольшие реликтовые формы рельефа, характерные для данной территории (ледниковые воронки и пр.). Здесь также не следует ис пользовать любую технику, которая может разрушить сохраняемую 5. Существующие группы предварительного естественного лесово зобновления.

Рассматривая вышеперечисленные биотопы можно сделать вывод о том, что в большинстве случаев они относятся к не эксплуатационным площадям лесосеки [3, 69, 70, 72], в связи с чем противоречий между су ществующей в настоящее время технологией сплошных рубок и требова ниями по сохранению биоразнообразия леса не возникает. Вносимые так же в биотопы куртины перестойных лиственных деревьев являются для лесозаготовителей местами невыгодной рубки из-за больших затрат на за готовку и крайне низкого выхода деловой древесины. И вырубаются в на стоящее время только под угрозой штрафа за недоруб.

Следует отметить, что выделение и оценка ключевых биотопов явля ется задачей ученых биологов, экологов и лесоводов, задача же лесозаго товителей сводится к тому, что бы обеспечить сохранение и указанных участков, заранее обозначенных на технологических картах и в натуре.

Отечественные и зарубежные ученые биологи и экологи сходятся во мнении, что сплошные рубки в условиях бореальных лесов, большую часть которых составляют леса Российской Федерации, не являются пре пятствием для сохранения биологического разнообразия лесной среды. Это связано с тем [74, 75], что в настоящее время эти леса на обширных пло щадях могут быть уничтожены, например, пожарами, бурями, в результате засухи, снеголома, массового размножения насекомых – вредителей, ру бок. Однако катастрофическое нарушение бореальных лесных экосистем – это начало новой сукцессии, которая постепенно приводит к развитию лесного насаждения, подобного тому, какое существовало на этом месте до катастрофы [75]. В результате нарушений, если лесные участки зарастают без вмешательства человека часто получаются одновозрастные насаждения семенного происхождения, во многом идентичные исходному [76].

Понятно, что с развитием насаждения от молодого леса до старовоз растного число биотопов и, соответственно, биологических видов их зани мающих будет меняться, несмотря на наличие или присутствие антропо генного воздействия. Например, в [77] указывается, что молодые и старо возрастные леса обеспечивают намного большее число местообитаний для позвоночных, нежели промежуточные стадии. А в работах Финских и Шведских [78, 79] исследователей отмечается, что несмотря на наличие видов находящих на грани исчезновения, их общее количество составляет всего 5% общего числа лесных видов. Этот факт позволил авторам сделать вывод о том, что «…принимая во внимание большие масштабы вырубок и другие приемы ведения лесного хозяйства, эта цифра представляется очень низкой». Из этого можно заключить, что методы, используемые в лесном хозяйстве не приводят к большим отличиям от естественной динамики лесной среды. Кроме того, авторы этих же работ считают, что больший вред сохранению биоразнообразия лесной среды приносит осушение лес ных болот нежели сплошные рубки.

Отметим, что наука о сохранении биологического разнообразии яв ляется еще весьма молодой и находится в стадии развития. Большое коли чество работ по данной проблематике опубликованы в зарубежной печати.

Среди исследователей данного вопроса по многим положениям нет еще единого мнения, а, зачастую, они прямо противоположны. Например, в од ном и том же сборнике научных трудов «Устойчивое развитие бореальных лесов» приводятся прямо противоположные мнения: [80, с. 63] – «Генети ческие ресурсы лесов бореальной зоны более скромны по видовому соста ву, нежели в тропических дождевых лесах»;

[75, c. 17] – «Генетическое многообразие видов в бореальных регионах шире, чем в тропиках».

По результатам представленного выше обзора литературных источ ников можно сделать следующие основные выводы:

1 Наиболее распространенной в настоящее время технологией лесосеч ных работ является хлыстовая (более 85%), которая включает в себя три технологических процесса (см. табл. 1.1).

2 Наиболее энергоемкой и экологически опасной операцией указанных технологических процессов является трелевка лесоматериалов (хлы стов, полухлыстов или деревьев) в полупогруженном или полуподве шенном положении, за комли или вершины, поскольку в свете эконо мических и природно-производственных условий машинная заготовка леса, на ближайшую перспективу будет менее выгодна в РФ, нежели механизированная.

3 Наиболее распространенным в настоящее время, на ближайшую обо зримую перспективу, видом первичного транспорта леса для работы по хлыстовой технологии являются гусеничные трелевочные тракторы, оборудованные скользящим канатно-чокерным оборудованием, бесчо керным оборудованием или пачковым захватом.

4 Основными факторами отрицательного воздействия лесозаготовитель ной техники и технологии на лесную среду является переуплотнение лесных почвогрунтов и повреждение (разрушение) подроста и ключе вых местообитаний и местоположений (ключевых биотопов).

5 Воздействие техники на лесные почвогрунты может быть как положи тельным, так и отрицательным.

6 Технология работы без сохранения подроста (но с сохранением ключе вых биотопов) может быть весьма перспективной с точки зрения повы шения экономической и экологической эффективности сплошных рубок главного пользования лесом. И, в перспективе, ее внедрение будет спо собствовать упрощению прохождения лесозаготовительными организа циями процессов экосертификации и эколебелинга.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО

СОВЕРШЕНСТВОАНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕСОСЕЧНЫХ

Как уже отмечалось в главе 1, при оценке результатов проведения основных лесосечных работ можно выделить два основных аспекта: экс плуатационную (технологическую) и экологическую эффективность. Пер вая оценивается такими показателями как энерго- и трудоемкость процес са, удельные затраты (себестоимость) и т.д. [18, 111, 112].

Экологическая эффективность будет оцениваться по степени отрица тельного повреждения лесной экосистемы, причем еще раз отметим, что повреждения лесной среды при лесозаготовках могут быть и положитель ными для последующего естественного лесовозобновления, [113]. Новые методики оценки экологической эффективности как для промышленности в целом, так и для лесной отрасли в отдельности [139, 141] разрабатывают ся в последнее время.

Для промышленности в целом экологическую эффективность пред лагается оценивать как «системную многокритериальную категорию, в своей основе синтезирующую экономические и экологические приорите ты» [139]. Учеными СПб ГЛТА [141] применительно к лесозаготовитель ному производству экологическую эффективность предлагается рассмат ривать как «компоненту вектора общей эффективности», это позволяет ут верждать, что понятие экологической эффективности неразрывно связано с экономическими, техническими, технологическими и др. параметрами все го производственного процесса в целом.

В этой связи для выполнения задач исследования требуется разрабо тать методику оптимизации размещения путей первичного транспорта леса как с точки зрения снижения энергоемкости, и, соответственно, себестои мости наиболее затратной технологической операции основных лесосеч ных работ – трелевки лесоматериалов, а также методику определения уп лотнения лесных почвогрунтов в зависимости от основных показателей работы первичного транспорта леса.

2.1 Координатно-объемная методика трассирования путей первичного Известно, что почти на всякой лесосеке имеются участки (выдела) с различным запасом леса на гектаре, участки с трудной проходимостью трелевочных машин по почвенно-грунтовым и по рельефным условиям, а также биотопы, которые приходится объезжать.

Понятно, что к тем выделам, где больший запас леса приходится де лать большее число рейсов. Некоторые участки приходится объезжать. На участках со слабонесущими грунтами требуется ограничивать вес пачки или дополнительно укреплять волок. Там где есть подъемы и спуски в гру зовом направлении – приходится ограничивать вес пачки по касательной силе тяги трактора.

Мощность N трактора, необходимая для трелевки пачки по волоку, зависит от касательной силы тяги FК и скорости V движения, и определяет ся известным выражением:

где: Т - КПД трансмиссии.

Подчеркнем, что мощность установленного на трелевочной машине двигателя известна и машина должна работать в режимах, когда N близка или равна Nном.

Следовательно, для любого участка лесосеки должно соблюдаться условие:

Если трактор с полупогруженной пачкой хлыстов имеет собственный вес GT, долю k веса пачки GВ на себе и движется на подъем (спуск) с неко торым углом, то касательную силу тяги можно определить приближенно из выражения:

где: Т и П – коэффициенты сопротивления движению соответственно трактора и волочащейся части пачки.

В этой формуле не учитывается смещение центра тяжести трактора с долей пачки относительно центра тяжести собственно трактора, что при водит к перераспределению давлений движителя на грунт.

На протяжении волока Т, П и могут отличаться и весьма сущест венно.

Уравнение (2.3) лишь частично отражает почвенно-грунтовые усло вия значениями Т и П, а рельеф – углом на отдельных участках. Значе ния Т во многом зависят от давления движителя на грунт, от состояния поверхности движения и других факторов. Значения П зависят от состава древостоя, развитости кроны (при трелевке деревьев), направления комлей и других факторов.

При холостом ходе трактора в уравнении (2.3) GВ=0 и FКХ=GТ(Тcos±sin), следовательно при грузовом и холостом ходах ско рости движения можно получить из выражения (2.2):

Но поскольку FKXFK, то VXXVГХ и при известной протяженности от дельных участков не трудно рассчитать время их прохождения в грузовом и холостом направлениях.

Из выражений (2.3) и (2.4) можно сделать вывод о том, что поддер жанием мощности близкой к номинальной можно увеличивать скорости движения или вес пачки путем снижения веса трактора и коэффициента сопротивления движению.

Вес трелюемой пачки можно выразить как:

Если для всех участков рассчитать вес пачки по формуле (2.5) и ско рости движений, то можно определить максимально допустимое значение GВ по наихудшему участку, которое в свою очередь является лимитирую щим значением веса трелюемой пачки по данному маршруту, и время цик ла трелевки пачки.

Особый вопрос состоит в долговечности отдельных участков. Сколь ко двойных проходов трелевочной машины и трелевочной системы можно допустить на том или ином участке для предотвращения перехода слабых (полезных) повреждений почвы в сильные (вредные).

Очевидно, что чем ближе участок к погрузочному пункту, тем боль ше двойных проходов на него приходится.

Проведенные нами теоретические исследования показывают, что для снижения затрат на освоение лесосеки, а также степени повреждения поч вы необходимо знать подробную ее характеристику. До начала разработки лесосеки надо иметь по крайней мере три ее карты-характеристики. На од ной должны быть изображены все выдела, т.е. отдельные части всей пло щади лесосеки с определенным составом древостоя, средним объемом хлыста и тем или иным запасом леса на гектаре. На другой – должны быть нанесены площади с примерно одинаковой несущей способностью грунтов и в том числе непроходимые для машины. На третьей – все рельефные особенности – подъемы, спуски и их параметры, ручьи, канавы и т.п.

Если масштабы всех карт одинаковы, то наложив их одну на другую получим достаточно подробную характеристику каждой точки лесосеки.

Выбрав произвольную систему координат, например, ось абсцисс парал лельно фронту отгрузки, усу, или как то иначе, можно однозначно привя зать каждую точку к месту положения и знать ее подробную характери стику.

Выдел с некоторым запасом qi леса на гектаре может иметь произ вольную форму площади Si. Но какой бы ни была форма выдела на ней всегда можно найти центр запаса леса (ЦЗЛ), по аналогии с центром тяже сти плоской фигуры одинаковой плотности. По первой карте можно опре делить координаты ЦЗЛ (xi;

yi), как это показано на рис. 2.1, на котором цветом выделены труднопроходимые участки. Если площадь выдела ока зывается слишком большой или форма площади слишком сложной, ее сле дует произвольно разбить на части, размером, например, в площадь зоны набора одной пачки, и определить ЦЗЛ каждой части и координаты на кар те. Тогда координаты ЦЗЛ всего выдела можно вычислить по формулам:

где: n – число частей разбитой площади выдела;

Sn, (xn, yn) – площади и ко ординаты i-того выдела.

Рис. 2.1. Разбиение лесосеки на элементарные участки В общем виде для нескольких выделов можно записать:

В тех случаях, когда по тем или иным причинам волока невозможно или крайне нецелесообразно провести по ЦЗЛ двух выделов, а приходится проложить его между двумя соседними, то координаты точки условно сдвоенного выдела состоящего из двух разных по площади и запасу леса можно вычислить как:

Трасса волоков от одного ЦЗЛ до условно сдвоенного ЦЗЛ двух вы делов оказывается сопряженной, однако спрямление волоков может ока заться невозможным по рельефу и почвенно-грунтовым условиям.

Таким образом, объемно-координатный способ в сочетании с рель ефными и почвенно-грунтовыми ограничениями позволит вполне обосно ванно составлять схемы расположения волоков на лесосеке и тем самым свести к минимально-возможным энергетические и материальные затраты на трелевке хлыстов и деревьев, а также ухудшение лесорастительных ус ловий за счет снижения суммарного уплотняющего воздействия трелевоч ных систем на почвогрунты лесосеки.

Такую методику можно, по нашему мнению, применить и при строи тельстве усов лесовозных дорог. Только вместо термина «выдел», следует принять термин – лесосека. Разумеется, масштабы карт и расположение координатных осей могут быть иными, в частности они могут совпадать с географической системой координат.

Износ волока сильно влияет на коэффициенты Т и П сопротивле ния движению трактора и волочащейся части пачки хлыстов или деревьев, хотя эта зависимость не всегда явно просматривается. Дело в том, что формирование колеи зависит от почвенно-грунтовых условий. В одних случаях по мере наработки, то есть увеличения числа двойных проходов трактора в некоторых местах грунт под гусеницами или колесами сначала раздавливается и уплотняется и Т уменьшается. Затем разрушается уп лотненный слой, глубина колей и Т увеличиваются. В других случаях грунт под гусеницами или колесами уплотняется очень слабо и почти сра зу начинает разрушаться, глубина колеи постоянно увеличивается и Т до вольно быстро достигает предельных значений.

Чтобы оценить степень уширения волока на отдельных его участках надо знать требуемую наработку на каждом из них, то есть определить сколько же двойных ходов трактора он должен выдерживать. Пусть про тяженность волока L такова, что он пересекает n примыкающих к нему вы делов с площадями Si и запасами леса на гектаре qi. Общий объем древеси ны VВ, который необходимо стрелевать по этой трассе к погрузочному пункту и общее число двойных ходов Zmax трактора можно вычислить, если определен объем VП трелюемой пачки с учетом рельефно-почвенных огра ничений.

Протяженность l1 этой части волока можно принять равной расстоя нию от погрузочного пункта до ЦЗЛ ближайшего выдела, которая вычис ляется по координатам ЦЗЛ и погрузочного пункта, как расстояние между двумя точками по формуле:

или по карте с определенным масштабом с помощью линейки.

Объем хлыстов, трелюемых на втором участке волока от ЦЗЛ перво го выдела до ЦЗЛ следующего выдела оказывается меньше на величину объема стрелеванного с первого выдела.

а число двойных ходов:

Протяженность второго участка волока можно определить аналогич но первому.

Очевидно, что по наиболее удаленному участку волока необходимо стрелевать объем хлыстов:

и совершить число двойных рейсов трактора:

Планируемая наработка на тот или иной участок трассы в сочетании со знанием несущей способности грунтов и рельефом каждого участка по зволит приближенно снизить энергозатраты на трелевку древесины и по вреждения почвы. Однако необходимо учитывать, что всякие перегрузки трактора, для уменьшения количества ходов, сверх допустимых или при водят к его поломке, или значительно сокращают его долговечность.

Таким образом подробная характеристика почвенно-грунтовых и рельефных условий лесосеки в сочетании с координатно-объемной мето дикой трассирования позволяет получить такую схему расположения трасс трелевки при которой суммарные затраты на трелевку могут быть сведены к оптимальным, а повреждения почвы к требуемым и позволяющим опти мизировать лесорастительные условия для последующего естественного лесовозобновления, и, в конечном итоге повысить экологическую эффек тивность работы трелевочных тракторов.

Рис. 2.2. Схема расположения трелевочных волоков по предлагаемой ме тодике расчета (цветом выделены труднопроходимые участки и не экс Рис. 2.3. Параллельная схема расположения волоков На рис. 2.2. и 2.3. показаны схемы расположения трелевочных воло ков, соответственно рассчитанные по предлагаемой методике и при стан дартной параллельной схеме размещения. Как видно из рис. 2.1. учет, вы деленных цветом, труднопроходимых участков и неэксплуатационных площадей позволяет располагать трелевочные волоки таким, образом, что они их не пересекают, что соответственно снижает энергоемкость процес са трелевки. При использовании стандартной схемы расположения волоков (рис. 2.3) волоки часто пересекают труднопроходимые участки, что приво дит к увеличению затрат на саму трелевку, а также на подготовительные и вспомогательные работы.

2.2 Оценка процессов деформирования при циклическом уплотнении Известно, что помимо среднего расстояния трелевки (которое зави сит в основном от размеров и формы лесосеки) к основным показателям работы первичного транспорта леса относятся: грузооборот, грузовая ра бота, грузонапряженность трелевочных волоков и коэффициент пробега.

Грузовую работу первичного транспорта леса в работе [114] предла гается оценивать количеством кубокилометров выполняемых по отдель ному волоку или всей сети волоков. Однако, на наш взгляд, такая оценка не может быть признана правильной, поскольку известно, что работа есть произведение силы на путь [115]. В этой связи в наших исследованиях гру зовая работа первичного транспорта леса буде оцениваться в кН·км. Для определения количества грузовой работы, приходящийся на один полный рейс трелевочной системы (холостой ход трактора + ход с пачкой) переве дем массу трактора и массу пачки в единицы веса путем умножения на ус корение свободного падения.

Грузовую работу принято выражать графически в виде схемы грузо потоков пасечных или магистральных волоков. Обычно пасеки имеют прямоугольную или треугольную форму. Максимальный грузооборот во лока составит:

где: SП – площадь пасеки, га;

q – запас леса на гектаре, м /га.

Грузовая работа пасечного волока для прямоугольной пасеки в кН·км составит:

где: l – длина волока, км;

– плотность древесины;

g – ускорение свобод ного падения;

GТ – эксплуатационный вес трактора.

Можно априорно утверждать, что показатель грузовой работы имеет весьма тесную связь со степенью влияния трелевочных систем на лесную почву. Если представить эпюр нагрузки на сеть трелевочных волоков в плане, то согласно схеме эпюра грузовой работы получим (рис. 2.4):

1 – пасечный волок;

2 – магистральный волок;

3 – верхний склад;

4 – На рис. 2.5 интенсивностью оттенков серого показан эпюр грузовой работы, можно обоснованно полагать, что введением эмпирического ко эффициента, учитывающего тип и состояние почв лесосеки, этот эпюр лег ко может быть трансформирован в эпюр воздействия лесозаготовительной техники, и, прежде всего трелевочных систем, на почву.

Тогда эпюр грузовой работы, и, соответственно, повреждений почвы при работе без сохранения подроста и строго заданной сети пасечных во локов будет выглядеть как (рис. 2.5).

Из сказанного видно, что благодаря отказу от сети пасечных волоков можно добиться более равномерного распределения грузовой работы и по вреждаемости почвы, что приведет к тому, что трелевочные системы на большей части территории лесосеки будут не ухудшать, а улучшать почву для будущих генераций леса естественного происхождения.

Следовательно, необходимо создать модель позволяющую связать цикличность уплотняющего воздействия и показатель грузовой работы, которые можно соответственно оценить по формулам (2.9) и (2.16), с уп лотнением почвы.

Анализ особенностей деформирования различных грунтов при вдав ливании штампа [116] свидетельствует о достаточно сложных процессах, происходящих при формировании уплотненного ядра даже при однократ ном воздействии (проходе) трелевочной системы. При увеличении числа проходов процессы деформирования почвы изучены крайне мало. Вместе с тем в работе [19] отмечается функциональная связь между показателями уплотнения почвы и параметрами грунта, трелевочной системы и количе ства циклов N.

Рис. 2.5 Ориентировочный эпюр повреждаемости почвы 1 – магистральный волок;

2 – верхний склад;

3 – территория лесосеки Очевидно, что в общей постановке решение подобной задачи вызы вает большие математические трудности в силу ее существенной нелиней ности, поскольку в каждом последующем цикле начальные и граничные (краевые) условия при решении дифференциальных уравнений являются результатом реализации предыдущего цикла, геомеханические характери стики грунта циклически изменяются, требуя учета влияния его реологии и природы переупаковки.

В этой связи целесообразно создание комбинированной модели ис следования циклического уплотнения грунта, в рамках которой учет гео механических факторов осуществляется исходя из адекватных теоретиче ских представлений механики грунтов, а технологические факторы отра жаются в виде корреляционных соотношений. В конечном счете задача со стоит в конструировании работоспособных полуэмпирических соотноше ний (формул) с набором коэффициентов, определяемых только из натур ных экспериментов.

Рассмотрим схему нагружения грунта под давлением от действия штампа шириной b и весом Q при глубине деформирования Н (Рис. 2.6 а).

Будем считать, что за время цикла t= L/V, где L и V - длина опорной по верхности и скорость трелевочной системы, почва переместилась на глу бину h= h1 в положительном направлении оси у. Повторный цикл переме щает почву на глубину h= h2 и т.д. Истинная деформация, которую испы тывает элементарный слой dу грунта на текущей глубине h, оценивается в [117]:

С другой стороны деформация с уплотнением связаны соотношени ем:

Из (2.17) и (2.18) после преобразований в первом приближении по лучим:

Рассмотрим общепринятую модель нагружения грунта, в частности в [116], где у кривой ( h ) выделяют три участка (Рис. 2.6 б). Уплотненное ядро в основном формируется на стадии упругой деформации (участок 1).

На втором участке сила сопротивления уплотнению больше силы сопро тивления боковому сдвигу и уплотнение имеет асимптотически затухаю щий характер. Участок 3 характеризуется развитием деформаций сдвига и начиная с глубины hs грунт "течет" при постоянном давлении =s - преде ле его несущей способности. Такой схеме нагружения соответствует четы рехэлементная модель Фойгта [118], представленная на Рис. 2.6 в. Однако в силу того, что нас интересуют первые две фазы нагружения, а два упру гих элемента объединим в единый с двумя составляющими, перейдем к рассмотрению двухэлементной модели с общим модулем деформации Е=Е0 +Е. Тогда можно записать:

где: - вязкость грунта.

Соотношение (2.20) с учетом (2.18) и равенства производных или В многоэлементных моделях Фойгта отмечается [118], что давление приложено к каждому элементу, а истинная деформация равна сумме де формаций элементов. Поэтому вначале, учитывая доминирующее уплот нение грунта на первом участке, примем в уравнении (2.21) =Е0 h. Тогда из уравнения (2.21) получим дифференциальное уравнение уплотнения:

Решение (2.22) при начальных условиях: t=0 = =1, =0 дает функ цию уплотнения:

Таким образом, при t=0 = h =1, =1.

В дальнейшем с увеличением t прирост величины относительного уплотнения определяется тремя множителями Р1, Р2 и Р3, которые отлича ются по сути. Рассмотрим их влияние подробнее.

Множитель Р1 = Е0 Е отражает выбранную модель среды, т.е. пере распределение упругих элементов в общем модуле деформации. В теории линейной вязкоупругости [118] диапазон изменения Р1 достаточно широк, однако в рамках нашей модели, когда податливость среды (1/Е) на первом участке превосходит податливость на втором, примем Р10,5, т.е. порядка 0,40-0,45.

Множитель Р2 - характеризует чистую вязкость в процессе деформи рования. Он точно совпадает с параметром вязкости µ [119, 120] и по зако ну затухающей экспоненты определяет прирост уплотнения. В работе [119] в опытах с плотными грунтами (лёссом, глиной, суглинком и плотным песком) установлен диапазон изменения µ, равный 1000-1200 с-1. Время релаксации напряжений =1/µ для плотных грунтов незначительно. В не плотных грунтах, например таких как рыхлая пахота, параметр µ снижает ся на несколько порядков. Так принимая модуль Е=2-5 кГ/см и при значе нии вязкости =0,35 кГ·с/см2 получаем параметр вязкости µ всего 5,7-14, с-1, а это в свою очередь существенно увеличивает время релаксации на пряжений. Следует отметить, что степень влияния множителя Р2 нуждает ся в детальном моделировании как на образцах так и в натурных экспери ментах.

Третий множитель Р3 - отражает влияние погружения штампа на ве личину уплотнения и зависит как от параметров грунта так и технологиче ских характеристик ЛТС и количества циклов проходки.

Получить сугубо теоретическую связь не представляется возмож ным, поэтому воспользуемся конструкцией регрессионного уравнения [19]:

где: Z - безразмерная многопараметрическая функция, – коэффициент интенсивности накопления необратимых деформаций при циклическом нагружении. При N=1 получаем h =1, что позволяет перейти к оценке зна чений функций Z и.

Диапазон значений Z определяется такими параметрами как началь ная плотность 1, коэффициент Пуассона, модуль деформации Е и глуби на Н их распространения, а также коэффициент формы опорной поверх ности ЛТС, его ширина b и максимальное давление на грунт [19]. Произ веденные расчеты позволили установить реальный диапазон изменения Z=0,7-1,2.

Функцию при отсутствии экспериментальных данных рекомендуют принимать константой, равной 1. Однако переупаковка грунта и накоплен ные деформации требуют хотя бы в первом приближении учесть влияние цикличности на снижение величины. Предположим линейный характер данного влияния в виде уравнения регрессии:

при N=1 =1 и отметим особое значение экспериментального установления зависимостей типа (2.25) для наиболее характерных видов грунтов и ЛТС.

На рис. 2.7 приведены результаты расчетов по формулам (2.23)-(2.25) с оценкой влияния цикличности на процесс уплотнения грунта (Z=1). Расчеты сделаны как для величины относительного уплотнения (левая шкала) так и его прироста,% (правая шкала).

Рис. 2.7 Зависимость уплотнения от числа циклов Рис. 2.7 Определение переходного состояния Важными, на наш взгляд, результатами являются: наличие экстре мума функции (N) и асимптотический характер зависимости (N), на чало проявления которого можно определить путем спрямления кривой с помощью логарифмических координат (Рис. 2.6). Сопряжению ветвей в точке М на рис. 2.6 соответствует точка М пересечения прямых на рис.

2.6. Количество циклов при этом составило N=4. Именно при таком N на блюдается пересечение кривых на Рис. 2.5, что позволяет сделать для дан ного конкретного примера вывод о том, что основной процесс уплотнения почвы был реализован на первых четырех циклах, а дальнейшее уплотне ние носит асимптотический (несущественный) характер.

2.3 Определение оптимального числа рейсов трелевочной системы по Для определения связи между давлением Р на лесной грунт и его от носительной деформацией воспользуемся известной упруго-вязкой рео логической моделью:

где: Е – модуль упругости;

- вязкость грунта;

t – время.

Отметим, что показатели Е и напрямую зависят от вида состояния грунта, индикатором которых частично является тип леса.

При постоянном давлении на грунт (Р=const) решение уравнения (2.26) имеет вид:

тогда величина остаточной деформации составит:

Связь между относительной деформацией и плотностью грунта можно представить в виде:

где: 0 – начальная плотность грунта.

С учетом (2.28) и (2.29) можно получено выражение:

На основании данных исследовательских испытаний получена зави симость изменения плотности лесной почвы от числа проходов трелевоч ной системы:

где: п – число двойных проходов трелевочной системы (в грузовом и холо стом направлениях).

Тогда, задаваясь средней естественной плотностью лесной почвы (0,8 т/м3) и оптимальной плотностью для произрастания древесных пород (для сосны – 1,2 т/м3) можно определить допустимое число проходов, ко торое приведет к улучшению лесной почвы для последующего естествен ного лесовозобновления, как:

1. Подробная характеристика почвенно-грунтовых и рельефных усло вий лесосеки в сочетании с разработанной координатно-объемной методикой трассирования позволяет получить такую схему располо жения трасс трелевки при которой суммарные затраты на трелевку могут быть сведены к минимальным, а повреждения почвы к тре буемым и позволяющим оптимизировать лесорастительные условия для последующего естественного лесовозобновления, и, в конечном итоге повысить экологическую эффективность работы трелевочных 2. Целесообразно создание комбинированной модели исследования циклического уплотнения грунта, в рамках которой учет геомехани ческих факторов осуществляется исходя из адекватных теоретиче ских представлений механики грунтов, а технологические факторы отражаются в виде корреляционных соотношений.

3. Выполненные расчеты показывают, что функция относительного уп лотнения почвы имеет экстремум.

4. Получена математическая зависимость позволяющая определить число проходов трелевочной системы приводящее к улучшению лесной почвы для последующего естественного лесовозобновления.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА И АППАРАТУРА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Известно [2, стр. 1532], что эксперимент (от латинского experimen tum – проба, опыт) – научно поставленный опыт, наблюдение исследуемо го явления. Эксперимент является важнейшей стороной практики и крите рием истинности результатов познания.

Огромную важность для науки результатов качественно проведен ных экспериментальных исследований отмечали многие ведущие отечест венные и зарубежные ученые. Например, академик П.Л. Капица отмечал, что доброкачественность эксперимента является необходимым условием как для построения передовой теории, так и для получения практических результатов [105].

Понятно, что для науки о лесе, являющейся наукой прикладной, экс перимент имеет значение, которое трудно переоценить. Известно, что множество практических расчетов во многих направлениях науки о лесе базируется на эмпирических зависимостях, полученных эксперименталь ным путем. В качестве примера, к таким направлениям науки о лесе можно отнести таксацию, лесоводство, технологию лесозаготовительного произ водства и пр. Связано данное обстоятельство с тем, что провести строгое математическое моделирование хода роста лесонасаждений (и даже одного дерева), поведения рабочего на лесосеке, развития корневой системы леса и подлеска и т.п. невозможно. Следовательно, единственным путем позна ния в данных условиях является обработка и использование данных каче ственно поставленных экспериментальных исследований. Причем, по скольку в наших исследованиях речь идет о взаимодействии лесозаготови тельных машин с лесной средой, а точнее воздействии машин на лесную среду, становится понятным, что проведение модельных экспериментов не может решить задач исследования. Следовательно, для решения постав ленных задач необходим натурный эксперимент в производственных усло виях.

3.1 Объекты, приборное обеспечение и условия проведения экспери Как было отмечено в главе 1, влияние лесозаготовительных машин лесную среду принято оценивать по двум основным показателям: влияние на почву и влияние на подрост. Наиболее важным для последующего есте ственного лесовозобновления является воздействие на почву, которое, как было показано выше, может и положительным и отрицательным.

Также в главе 1 было отмечено, что наиболее существенным измене нием лесной почвы под воздействием движителей лесозаготовительных машин и персонала является ее уплотнение, в результате чего уменьшается порозность, аэрация, водопроницаемость, что приводит к заболачиванию почвы как во влажных типах леса (долгомошниках, сфагновых и пр.), так и в типах леса с оптимальным увлажнением (кисличник, черничник) [93, 22], а также к угнетению и полному прекращению роста деревьев.

Рис 3.1 Устройство для вырезания образца почвы.

Условные обозначения: 1 – ручка выталкивателя;



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 




Похожие материалы:

«В.И. Титова, М.В. Дабахов, Е.В. Дабахова ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ВТОРИЧНОГО МАТЕРИАЛЬНОГО РЕСУРСА В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Н. Новгород, 2009 В.И. Титова М.В. Дабахов Е.В. Дабахова ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ВТОРИЧНОГО МАТЕРИАЛЬНОГО РЕСУРСА В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Допущено УМО вузов РФ по агрономическому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям Агрономия, Агрохимия и ...»

«i Космическое Послание Мишель Дэмаркэ Перевод с английского оригинала под заглавием Thiaoouba Prophecy Впервые опубликованным под заглавием Abduction to the 9-th planet ISBN 9 780646 159966 Верить недостаточно. Надо ЗНАТЬ. i ii Предисловие Я написал эту книгу как ответ на полученные распоряжения, которым я подчинился. Она – рассказ о событиях, которые произошли со мной лично – я утверждаю это. Я полностью отдаю себе отчет в том, что, до некоторой степени, эта необычная история будет воспринята ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Алтайский государственный аграрный университет Л.М. Татаринцев ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ: ОСНОВЫ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА Учебное пособие Часть II Рекомендовано УМО по образованию в области землеустройства и кадастров в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 120300, 120301 – Землеустройство ...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КООПЕРАЦИЯ И ИНТЕГРАЦИЯ В АПК Учебник ПЕНЗА 2005 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 40 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пензенский государственный университет Кооперация и интеграция в АПК Допущено Учебно-методическим объединением по образованию в области производственного менеджмента в ...»

«СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК Сборник статей Международной научно-практической конференции 4 марта 2014 г. Уфа РИЦ БашГУ 2014 1 УДК 00(082) ББК 65.26 С 43 Ответственный редактор: Сукиасян А.А., к.э.н., ст. преп.; СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ С 43 ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК: сборник статей Международной научно-практической конференции. 4 марта 2014 г.: / отв. ред. А.А. Сукиасян. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2014. – 100 с. ISBN 978-5-7477-3496-8 Настоящий сборник ...»

«Белгородский государственный технологический университет имени В.Г.Шухова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени акад.М.Ф.Решетнева Харьковская государственная академия физической культуры Харьковский национальный педагогический университет имени Г.С.Сковороды Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени П.Василенко Харьковская государственная академия дизайна и искусств ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СПОРТИВНЫХ ИГР И ЕДИНОБОРСТВ В ВЫСШИХ ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова И.А. Самофалова СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ КЛАССИФИКАЦИИ ПОЧВ Учебное пособие Пермь 2012 УДК 631.442 ББК Самофалова, И.А. Современные проблемы классификации почв: учебное пособие. / И.А. Самофалова; М-во с.-х. РФ, ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА. – Пермь: Изд-во ...»

«1 Соколова Т.А., Трофимов С.Я. Сорбционные свойства почв. Адсорбция. Катионный обмен Москва 2009 2 ББК Рецензенты: доктор биологических наук профессор С.Н.Чуков доктор биологических наук профессор Д.Л.Пинский Рекомендовано Учебно-методической комиссией факультета почвове- дения МГУ им. М.В.Ломоносова в качестве учебного пособия для сту дентов, обучающихся по специальности 020701и направлению 020700 – Почвоведение Соколова Т.А., Трофимов С.Я. Сорбционные свойства почв. Адсорбция. Катионный ...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Южный федеральный университет Научный совет по изучению, охране и рациональному использованию животного мира opnakel{ on)bemmni gnnknchh МАТЕРИАЛЫ XVI ВСЕРОССИСКОГО СОВЕЩАНИЯ ПО ПОЧВЕННОЙ ЗООЛОГИИ (4–7 октября 2011 г., Ростов-на-Дону) Москва–Ростов-на-Дону 2011 УДК 502:591.524.21 Проблемы почвенной зоологии (Материалы XVI Всероссийского совещания по почвенной зоологии). Под ред. Б.Р. Стригановой. Мос ква: Т-во ...»

«ВВЕДЕНИЕ От пушных зверей получают как основную, так и побочную продукцию. Основной товарной продукцией является шкурка, а побочной — жир, мясо и пух-линька. Шкурки идут на пошив изделий, мясо — в корм птице и свиньям, а также зверям, пред назначенным для забоя, жир — в корм зверям и на техничес кие нужды, а пух-линька— на производство фетра и других изделий. От всех пушных зверей получают еще и навоз, кото рый после соответствующей бактериологической обработки можно с успехом использовать в ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ СИСТЕМА ВЕДЕНИЯ ЖИВОТНОВОДСТВА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ НА 2014-2020 ГОДЫ Ростов-на-Дону 2013 УДК 636 ББК 45/46 С 55 Система ведения животноводства Ростовской области на 2014-2020 годы разработана учеными ДонГАУ, АЧГАА, ВНИИЭиН, СКНИИМЭСХ и СКЗНИВИ по заказу Министерства сельского хозяйства и продовольствия Ростовской области (государственный контракт №90 от 12.04.2013 г.). Авторский коллектив: Раздел 1. – Илларионова Н.Ф., Кайдалов ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КУЛЬТУРА, НАУКА, ОБРАЗОВАНИЕ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ МАТЕРИАЛЫ V МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ Гродно УО ГГАУ 2011 УДК [008+001+37] (476) ББК 71 К 90 Редакционная коллегия: Л.Л. Мельникова, П.К. Банцевич, В.В. Барабаш, И.В. Бусько, В.В. Голубович, С.Г. Павочка, А.Г. Радюк, Н.А. Рыбак Рецензенты: доктор философских наук, профессор Ч.С. Кирвель; кандидат ...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Дальневосточный федеральный университет Школа естественных наук ДАЛЬНИЙ ВОСТОК РОССИИ:   ГЕОГРАФИЯ, ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЯ, ГЕОЭКОЛОГИЯ  (К Всемирному дню Земли) Материалы XI региональной научно-практической конференции Владивосток, 23 апреля 2012 г. Владивосток Издательский дом Дальневосточного федерального университета 2013 УДК 551.579+911.2+911.3(571.6) Д15 Д15 Дальний Восток России: география, гидрометеорология, геоэкология : материалы XI ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное научное учреждение РОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МЕЛИОРАЦИИ (ФГНУ РосНИИПМ) ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРОШАЕМОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ Сборник статей Выпуск 38 Новочеркасск 2007 1 УДК 631.587 ББК 41.9 П 78 РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: В.Н. Щедрин (ответственный редактор), Г.Т. Балакай, В.Я. Бочкарев, Ю.М. Косиченко, Т.П. Андреева (секретарь) РЕЦЕНЗЕНТЫ: В.И. Ольгаренко – заведующий кафедрой эксплуатации ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное научное учреждение РОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МЕЛИОРАЦИИ (ФГНУ РосНИИПМ) ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРОШАЕМОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ Сборник статей Выпуск 41 Новочеркасск 2009 УДК 631.587 ББК 41.9 П 78 РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: В.Н. Щедрин (ответственный редактор), С.М. Васильев, Г.Т. Балакай, Т.П. Андреева (секретарь) РЕЦЕНЗЕНТЫ: В.И. Ольгаренко – заведующий кафедрой Эксплуатация мелиоративных ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное научное учреждение РОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МЕЛИОРАЦИИ (ФГНУ РосНИИПМ) ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРОШАЕМОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ Сборник статей Выпуск 40 Часть I Новочеркасск 2008 УДК 631.587 ББК 41.9 П 78 РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: В.Н. Щедрин (ответственный редактор), Ю.М. Косичен ко, С.М. Васильев, Г.Т. Балакай, Т.П. Андреева (секретарь) РЕЦЕНЗЕНТЫ: В.И. Ольгаренко – заведующий кафедрой ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное научное учреждение РОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МЕЛИОРАЦИИ (ФГНУ РосНИИПМ) ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРОШАЕМОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ Сборник статей Выпуск 39 Часть II Новочеркасск 2008 УДК 631.587 ББК 41.9 П 78 РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: В.Н. Щедрин (ответственный редактор), С.М. Васильев, Г.Т. Балакай, Т.П. Андреева (секретарь) РЕЦЕНЗЕНТЫ: В.И. Ольгаренко – заведующий кафедрой Эксплуатация ...»

«23 - 24 мая 2012 года Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВПО Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина В МИРЕ НАУЧНЫХ научно-практическая конференция ОТКРЫТИЙ Всероссийская студенческая Том III Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВПО Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина Всероссийская студенческая научно-практическая конференция В МИРЕ НАУЧНЫХ ОТКРЫТИЙ Том III Материалы ...»

«23 - 24 мая 2012 года Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВПО Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина В МИРЕ научно-практическая конференция НАУЧНЫХ Всероссийская студенческая ОТКРЫТИЙ Том I Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВПО Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина Всероссийская студенческая научно-практическая конференция В МИРЕ НАУЧНЫХ ОТКРЫТИЙ Том I Материалы ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.