Введение к работе
Актуальность темы исследований. В последние годы, как в нашей стране, так и за рубежом все большее внимание уделяется экологическому аспекту проведения лесозаготовок. Негативное влияние лесозаготовительной техники на лесной почвогрунт широко известно: переуплотнение, срез слоев почвогрунта лесосеки вызывают заметное снижение его качеств с точки зрения последующего лесовосста-новления. Проблемой минимизации ущерба лесной экосистеме со стороны техники занимались многие отечественные ученые, данной тематике посвящен большой объем научных работ, среди них необходимо особо отметить работы Г.М. Анисимова, СМ. Базарова, Ю.А. Бита, Б.М. Большакова, Ю.Ю. Герасимова, Э.Ф. Герца, В.А. Горбачевского, И.В. Григорьева, Г.А. Давыдкова, А.В. Жукова, Д.В. Клокова, В.М. Котикова, А.Н. Кочанова, A.M. Кочнева, В.Н. Меньшикова, А.И. Никифоровой, П.Б. Рябухина, В.И. Скрыпника, B.C. Сюнева, М.В. Цыгаровой, A.M. Цыпука, А.Ю. Шарова, Д.И. Шеховцева и других ученых.
Несмотря на значительный объем проведенных исследований, в силу сложности и многогранности обозначенной проблемы, дальнейшие исследования в этой области по-прежнему являются востребованными.
Одним из способов решения задачи снижения экологического ущерба лесу при осуществлении заготовки древесины, вызванного движением лесозаготовительной техники, является укрепление трелевочных волоков лесосечными отходами. Этот способ представляется тем более целесообразным в свете необходимости утилизации отходов лесозаготовительного производства, что также является одной из важнейших практических задач отрасли, о чем свидетельствует значительный объем научных работ, посвященных данной тематике. Здесь необходимо отметить работы М.И. Брика, СБ. Васильева, СИ. Головкова, А.К. Горюнова, А.А. Иванчикова, Л.И. Качелкина, И.Ф. Коперина, В.В. Коробова, Л.В. Коротяева, Г.М. Михайлова, В.И. Найденова, В.И. Патякина, Е.К. Пашнина, А.В. Ростовцева, Н.П. Рушнова, Н.А. Серова, B.C. Суханова, И.Р. Шегельмана и многих других ученых.
Научно обоснованное планирование организационно-технических мероприятий по укреплению трелевочных волоков лесосек невозможно без описания процесса взаимодействия лесозаготовительных машин с лесным почвогрунтом. Как показал анализ литературных источников по теме диссертации, не разработаны математические модели, в явном виде учитывающие неоднородность основания, по которому движется машина, что имеет место при работе на укрепленном участке волока. Кроме того, при разработке лесосек в сложных почвенно-грунтовых условиях (при низкой несущей способности почвогрунта) развитие деформаций основания под внешним воздействием нелинейно зависит от вызывающих их напряжений и времени воздействия со стороны движителя; исследований, проведенных в этой области, также не достаточно.
Указанное выше определяет актуальность выбранной темы диссертационных исследований.
Степень разработанности темы исследования. Диссертация представляет собой законченное научное исследование, включающее исследование состояния вопроса, формулирование цели и задач, аналитическую часть с составлением математической модели, экспериментальные исследования процесса деформирования двуслойного основания, практические рекомендации по организации мероприятий с целью снижения отрицательного воздействия на окружающую среду со стороны лесозаготовительной техники.
Методика и методы исследования. Теоретической основой исследования явились работы ведущих отечественных и зарубежных ученых по вопросам взаимодействия техники с основанием при проведении лесозаготовительных работ. В работе использованы базовые методы математического моделирования, измерения и обработки опытных данных.
Цель работы. Уменьшение экологического ущерба от воздействия лесозаготовительной техники на почвогрунт лесосеки при разработке лесосек в сложных почвенно-грунтовых условиях.
В соответствии с целью работы сформулированы следующие задачи исследований:
построить теоретическую модель, позволяющую определить осадку укрепленного слоем измельченных порубочных остатков грунта лесосеки с низкой несущей способностью с учетом многократного прохождения техникой участка трассы;
разработать методику определения осадки двуслойного основания при работе системы лесозаготовительных машин с различным удельным давлением на грунт лесосеки и скоростью движения;
разработать методику проведения экспериментальных исследований и сконструировать стенд для определения осадки двуслойного основания при многократном приложении нагрузки;
провести экспериментальные исследования по изучению характера развития деформаций сжатия лесного почвогрунта во времени в зависимости от его влажности и температуры;
провести экспериментальные исследования по определению осадки слоя лесного почвогрунта с низкой несущей способностью с учетом влияния укрепляющего слоя при циклическом нагружении;
получить сведения об адекватности разработанных теоретических и экспериментальных моделей.
Научная новизна. Разработана и исследована математическая модель взаимодействия движителей лесозаготовительной техники с основанием, представленным почвогрунтом лесосеки с низкой несущей способностью и слоем уложенных на него порубочных остатков, устанавливающая влияние давления со стороны движителя на
глубину колеи, образующейся при многократном прохождении машиной укрепленного участка трассы, влияние величины средней толщины слоя порубочных остатков, отличающаяся учетом нелинейного характера деформирования почвогрунта при циклическом воздействии на него движителя лесозаготовительной машины.
Практическая значимость результатов диссертационного исследования.
Применение результатов диссертационного исследования позволит рационально планировать организационно-технические мероприятия по укреплению трелевочных волоков слоем порубочных остатков, что снизит экологический ущерб лесной экосистеме, вызванный движением лесозаготовительной техники.
Значимость результатов диссертационного исследования для теории. Построенная нелинейная математическая модель взаимодействия лесозаготовительной машины с основанием, представленным двумя слоями, расширяет теоретические представления о процессе деформирования лесных почвогрунтов под действием движителей лесозаготовительной техники.
Разработанные автором в ходе исследований стенды для проведения экспериментальных исследований позволят в будущем расширить спектр проводимых экспериментов по изучению взаимодействия различной лесозаготовительной техники с лесными почвогрунтами.
На защиту выносятся следующие положения:
Математическая модель процесса колееобразования при многократном прохождении лесозаготовительной машиной участка трассы с почвогрунтом с низкой несущей способностью, укрепленным слоем порубочных остатков;
результаты экспериментальных исследований, устанавливающие развитие деформаций лесного почвогрунта во времени с учетом температуры и влажности почвогрунта;
результаты экспериментальных исследований по определению осадки двуслойного основания, представленного слоем порубочных остатков и слоем почвогрунта лесосеки с низкой несущей способностью, при циклическом на-гружении;
методика определения приведенного давления на основание при работе системы лесозаготовительных машин с различными давлениями на грунт и скоростью движения.
Степень достоверности и апробация результатов обеспечивается применением методов математической статистики; проведением экспериментальных исследований в лабораторных условиях и подтвержденной адекватностью полученных моделей; удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных данных.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: Девятой международной научно-практической Интернет-конференции «Леса России в XXI веке» и ежегодных научно-технических конференциях СПбГЛТУ в 2011-2013 гг.
Часть материалов работы получена при выполнении НИР № 01201255482 «Разработка теоретических основ сквозных технологических процессов и модульных систем машин лесозаготовительного производства». Работа выполнялась в створе Перечня Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники РФ, утвержденного Президентом РФ 07.07.11 г. (пункт «Рациональное природопользование»).
Похожие диссертации на Исследование воздействия лесозаготовительной техники на укрепленный порубочными остатками участок трелевочного волока
