Введение к работе
Актуальность темы. Кусторезы применяются во многих отраслях национального хозяйства. При этом кусторезы на бульдозерах изготовляются с пассивными рабочими органами, и это не позволяет срезать кусты без загрязнения почвой. Особую актуальность расчистка от кустарника и поросли имеет на трассах нефтепроводов, проходящих по лесам и малонаселенным территориям.
В эксплуатации магистральных нефтепроводов должны соблюдаться требования к содержанию охранной зоны. Полоса шириной не менее 3 м от оси с каждой стороны нефтепровода должна содержаться в расчищенном состоянии. Расчищенная трасса позволит эффективно контролировать эксплуатационную надежность и безопасность нефтепроводов.
Анализ существующих способов расчистки трассы нефтепровода от кустарника показал, что они выполняются вручную, а это малопроизводительно и требует больших трудовых и денежных затрат. Способов и средств механизированного удаления кустарника над нефтепроводом пока не существует. Важный шаг в создании кустореза - разработка новой методики расчета энергосиловых показателей активных режущих головок, навешиваемых на серийные бульдозеры, с учетом распределения диаметра ствола у срезаемых кустов при различной густоте кустарника,
Цель диссертационной работы - обоснование режимов срезания кустарника и параметров активного навесного кустореза на базе бульдозера для линейных объектов на примере участка трассы Марийского РНУ магистрального нефтепровода «Сургут-Полоцк».
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
-
разработать методики измерения параметров кустов и их густоты на пробных площадках 4x4 м непосредственно над нефтепроводом;
-
провести полевые опыты на пробных площадках по трем участкам магистрального нефтепровода «Сургут-Полоцк» в лесном фонде РМЭ;
-
выявить закономерности рангового распределения диаметра стволов и пней;
-
выбрать энергонасыщенный базовый бульдозер для монтажа активного сменного навесного кустореза с дисковыми зубчатыми ножами;
-
разработать модель и методику расчета энергосиловых показателей и обосновать допустимую рабочую скорость кустореза;
-
оценить ожидаемую экономическую эффективность применения предлагаемого активного навесного кустореза на бульдозере;
-
внедрить результаты измерений и технические решения по патенту на изобретение и рекомендации в производство и учебный процесс.
Объект исследований. Кустарник, а также пни, оставшиеся после предыдущих расчисток, на пробных площадках 4><4 м на участке трассы Марийского РНУ магистрального нефтепровода «Сургут-Полоцк».
Предмет исследования - закономерности распределения кустов и пней по густоте и диаметру ствола, расчетные параметры зубчатого вен-
ца режущих головок навесного кустореза, математическая модель для расчета энергосиловых показателей активного навесного кустореза.
Методы исследования. Обоснование параметров активного навесного кустореза, закладки пробных площадок по ОСТ 56-69-83, полевые эксперименты ВАСХНИЛ, обследования трассы нефтепровода по РД-13.100.00-КТН-196-06, картографический анализ трассы нефтепровода, а также методы статистического моделирования, описательной статистики, идентификации закономерностей при статистическом моделировании в программной среде Curve Expert и численные методы расчетов в Excel.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
методики выбора участков и пробных площадок на линейных объектах, а также замера диаметра стволов, количества поросли по створам и пробным площадкам на трассе трубопровода;
-
статистические модели распределения диаметра стволов и пней;
-
математическая модель и методика расчета энергосиловых показателей кустореза с учетом закономерностей распределения кустов и пней;
-
алгоритм выбора базового бульдозера, технические и технологические решения срезания кустарника.
Научная новизна. Способ испытания растительного покрова на участках трассы (патент № 2473898) по отбору участков измерений и закладки пробных площадок, позволяющий проводить измерения диаметра стволов, высоты побегов, количества растений. Обоснование режимов срезания кустов на трассе нефтепровода. Закономерности рангового распределения диаметра стволов, позволяющие снизить энергетические потребности кустореза. Математическая модель и методика расчета энергосиловых показателей, позволяющая обосновать значения допустимой рабочей скорости подачи бульдозера с кусторезом. Блок-схемы функций, позволяющие учитывать в энергосиловых расчетах графики влияния рабочей скорости кустореза с бульдозером Четра ТІ 1С в непрерывном режиме изменения скорости подачи гидростатической трансмиссией бульдозера.
Теоретическая значимость. Выявленные закономерности расширяют существующую теорию расчета параметров активного кустореза, навешиваемые на разные типоразмеры бульдозеров в зависимости от региональных условий произрастания кустарника и поросли. Предложенная математическая модель, позволяет обосновать параметры режимов срезания кустарника и вычислять оптимальную скорость подачи на кустарник бульдозерами с гидростатической трансмиссией.
Практическая значимость. Энергосиловые показатели по худшим условиям срезания позволяют на этапах проектно-конструкторскои деятельности снизить установленную мощность двигателя базовой машины. Графики влияния скорости подачи бульдозера позволяют до расчистки трассы определить максимальную производительность кустореза. Замеры кустов по предложенным методикам следует проводить работниками обслуживающим нефтепровод за месяц до расчистки трассы. Все расчеты по
математической модели обеспечивают выбор базовой машины из парка машин нефтепроводного управления. Для расчистки трассы участка Марийского РНУ магистрального нефтепровода «Сургут-Полоцк» требуется только покупной сменный кусторез, что позволяет добиться экономии выделенных финансовых средств.
Предложенный способ можно применять также на трассах газопровода, автодорог, железных дорог, линий электропередач и т.п.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. В диссертации исследованы параметры стволов кустарника и поросли как предмета обработки кусторезами, а также размерных и энергосиловых параметров активного навесного кустореза на бульдозер, которые соответствуют пункту 1 «Исследование параметров и показателей предметов труда, деревьев и их частей, ...» и пункту 5 «Обоснование и оптимизация параметров и режимов работы лесозаготовительных и лесохозяйственных машин» паспорта специальности 05.21.01
Достоверность выводов, основных положений и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждаются производственными экспериментами, результатами математического моделирования данных измерений с учетом реальных условий произрастания поросли на участке нефтепровода Марийского РНУ при замерах с погрешностью до 1% и коэффициентом корреляции у выявленных закономерностей не менее 0,9.
Реализация результатов исследования. Результаты исследования были рассмотрены в Марийском РНУ и ОАО «Энергия», где принято решение о применении их в производственном процессе обслуживания трассы нефтепровода «Сургут-Полоцк», а также используются студентами специальностей 131016 «Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газо нефтехранилищ», 270841 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения» при изучении дисциплин «Сооружение газонефтепроводов и газонефтехранилищ», «Организация и технология монтажа газораспределетельных систем», «Эксплуатация и ремонт магистральных нефтепроводов», «Машины и оборудования газонефтепроводов».
Личное участие автора в получении результатов. Состоит в разработке методики и проведении экспериментов, обработке полученных результатов, статистическом моделировании идентификацией устойчивых законов, анализе выявленных закономерностей и формулировке научных выводов и рекомендаций производству. При участии автора разработаны способ испытаний растительности на участках трассы продуктопровода (патент № 2473898). Автором проведены технологические проработки, выбор базовой машины и экономическая оценка технологии расчистки трассы нефтепровода.
Апробация результатов исследования. Основные результаты докладывались на IV Международной научно-практической конференции «Основы рационального природопользования» (Саратов, 2013 г.); ежегодно докладывались на конференциях МарГТУ и ПГТУ; на III Международной
научно-практической конференции «Основы рационального
природопользования» (Саратов, 2011 г.); на Международной научно-практической конференции: Мосоловские чтения «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (Йошкар-Ола, 2011 г.); на научно-практической конференции, посвященной 115-летию Мариинской низшей школы в г. Мариинский-Посад «Проблемы экологии и лесопользования в современных условиях» (Йошкар-Ола, 2010 г.); на III Международной научно-практической конференции «Роль особо охраняемых природных территорий в сохранении биоразнообразия» (Чебоксары, 2010 г.).
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 10 статей объемом 2,84 п.л., авторский вклад 81%, в том числе три статьи в изданиях, включенных в перечень ВАК - 1,28 п.л., авторский вклад 66%. Получен патент № 2473898 на изобретение (0,47 п.л.), авторский вклад - 50%.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Общий объем диссертации 151 страницы машинописного текста, 40 иллюстраций, 34 таблицы, а так же 14 приложений на 76 страницах. Список использованной литературы содержит 172 наименований, из них 24 на иностранных языках.
