Введение к работе
Актуальность темы. Сохранение плодородия лесных почв и улучшения их лесорастительных свойств является одним из магистральных направлений научно-технического прогресса в лесозаготовительном производстве. Негативное воздействие на лесные почвогрунты при разработке лесосек оказывают лесосечные машины и персонал. Под воздействием движителей лесосечных машин и древесины почва уплотняется, разрушается ее структура и, как следствие, снижается плодородие. В процессе ливневых дождей по колеям могут вымываться с одного гектара сотни кубометров плодородного слоя почвы. Считается, что восстановление почвенного покрова и плодородия почвы лесосеки произойдет через несколько десятилетий, а это резко снижает продуктивность лесов.
На развитие оставляемых на доращивание деревьев, и на всю экосистему в целом значительное влияние оказывают машины и технологические процессы лесосечных работ. Среди основных влияющих факторов можно отметить повреждения стволов оставляемых на корню деревьев, а также переуплотнение лесных почвогрунтов.
В Перечень Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации, утвержденного Президентом РФ 21 мая 2006 г. Пр-843, входит пункт «Рациональное природопользование», который имеет отношение и к экологической совместимости системы «трелевочная система – лесная почва».
Известны два пути преодоления противоречий между экологией и возобновлением леса, с одной стороны, и лесозаготовительной техникой и технологией – с другой: во-первых, разработка технологий лесосечных работ, соответствующих применяемым лесозаготовительным машинам и, в то же время, предусматривающих возможно минимальное нанесение повреждений лесу и его составным частям – подросту, оставляемым на корню деревьям, почве и пр.; во-вторых, разработка новых лесозаготовительных машин, отвечающих требованиям лесозаготовительного производства и лесоводства, таких, которые не снижали бы продуктивность леса и его способность к возобновлению. Наиболее экономически эффективным признан первый путь, поскольку не представляется возможным создать серийный ряд машин для всех возможных природно-производственных условий.
Цель работы. Уменьшение экологического ущерба от воздействия трелевочных систем на почву при разработке лесосек в различных почвенно-грунтовых условиях исходя из требований устойчивого лесовозобновления.
Объект исследований. Почвогрунты лесосек в боковых полосах трелевочных волоков.
Предмет исследования. Процесс уплотнения почвогрунтов лесосек в боковых полосах трелевочных волоков под воздействием поворотов трелевочной системы.
Значимость для теории и практики. Разработанные и исследованные математические модели воздействия трелевочной системы на лесную почву, с учетом поворотов, позволяющие определять условия уплотнения, углубляют теорию взаимодействия лесозаготовительных машин с поверхностью движения. Результаты исследования позволяют организационно-технологическими мероприятиями уменьшить экологический ущерб от воздействия трелевочных систем на почву и улучшить ее лесорастительные свойства.
Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена: применением методов математической статистики; проведением экспериментальных исследований в лабораторных условиях и подтвержденной адекватностью полученных моделей за счет удовлетворительной сходимости экспериментальных и теоретических данных.
На защиту выносятся следующие положения:
Математическая модель уплотнения почво-грунта боковых полос трелевочного волока трелевочной системой, позволяющая оценивать уплотнение почво-грунта в зависимости от поворотов трелевочного трактора и его характеристик.
Закономерности пространственного формирования касательных напряжений в боковых полосах трелевочного волока, в зависимости от угла поворота трелевочной системы.
Закономерности распределения во времени касательных напряжений в боковых полосах трелевочного волока, в зависимости от угла поворота трелевочной системы.
Технологические рекомендации, повышающие экологическую эффективность работы трелевочных тракторов.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на первой международной научно-практической Интернет конференции «Леса России в XXI веке» (СПб, 2009 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2010 г.); Межвузовской научной конференции «Молодая мысль: Наука. Технологии. Инновации» (Братск, 2009 г.); Конференции «Экспериментальные и теоретические исследования в области инженерных наук», в рамках Политехнического симпозиума «Молодые ученые – промышленности Северо-Западного региона» (СПб, 2008 г.); Научно-методическом семинаре «Сухопутный транспорт леса» (СПб, 2007 г.); и ежегодных научно-технических конференциях СПбГЛТА в 2009-2011 гг.
Полученные автором в рамках выполнения дипломного проекта научные материалы, ставшие основой настоящего исследования, отмечены дипломом всероссийского конкурса дипломных проектов по специальности 250401 «Лесоинженерное дело» (2008 г.). Часть материалов работы получена при выполнении НИР по гранту Правительства Санкт-Петербурга для студентов, аспирантов, молодых ученых, молодых кандидатов наук 2010 г.
Для продолжения исследований в данной области Министерством образования и науки РФ и Германской службой академических обменов (DAAD) выделен грант в рамках программы «Михаил Ломоносов II», согласно которому продолжение исследований будет проводиться в Дрезденском техническом университете в 2011-2012 гг.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 14 печатных работах. Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах по НИР.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем работы 178 с. Диссертационная работа содержит 41 рисунков, 53 таблицы (включая 42 таблицы приложений). Список литературы содержит 174 источника.
