Введение к работе
Актуальность темы исследования. В последние годы все большее внимание ученых и практиков лесозаготовительного производства уделяется проблеме повышения эффективности систем машин и технологических процессов, применяемых при заготовке древесины и лесовосстановлении, которая оценивается большим количеством показателей, среди которых весьма важное место занимает экологическая эффективность. Важнейшую роль при ее оценке играет интегральный показатель – уплотнение почвы.
При взаимодействии движителя лесной машины с опорной поверхностью в массиве почвогрунта происходят очень сложные процессы. В проблеме взаимодействия лесных машин с почвогрунтом отсутствуют исследования влияния режима работы лесной машины на уплотнение почвогрунта в боковых полосах трассы движения.
Степень разработанности темы исследования. Диссертация представляет собой законченное научное исследование, включающее в себя изучение состояния проблемы, постановку цели и задач, теоретический анализ процесса уплотнения почвогрунта в боковых полосах трасс движения лесных машин с составлением математической модели, экспериментальное исследование этого процесса, практическую реализацию работы в виде рекомендаций по минимизации экологического ущерба от воздействия лесных машин на почвогрунты, а также новое техническое решение, направленное на повышение эффективности исследования лесосеки при ее подготовке к проведению лесосечных работ.
Целью диссертационной работы является уменьшение экологического ущерба от воздействия лесных машин на почвогрунт при разработке лесосек в различных природно-производственных условиях исходя из требований эффективного лесовосстановления.
Объект исследований. Почвогрунты боковых полос трасс движения лесных машин.
Предмет исследования. Процесс уплотнения почвогрунтов боковых полос трасс движения под воздействием лесных машин.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи исследования:
Разработать математическую модель уплотнения почвогрунта боковых полос трасс движения лесной машиной, позволяющую оценивать вклад режима ее работы.
Получить данные об адекватности разработанных математических моделей.
Разработать техническое решение для повышения эффективности изучения лесосеки при ее подготовке к проведению лесозаготовительных работ.
Разработать рекомендации для принятия организационно-технологических решений по разработке лесосек исходя из требований минимизации экологического ущерба.
Экспериментальным путем исследовать влияние динамики поворотов лесных машин на уплотнение почвогрунта в боковых полосах волока.
Научная новизна работы. Разработанная и исследованная математическая модель воздействия лесных машин на почвогрунты боковых полос трасс движения, с учетом их физико-механических свойств, позволяющая определять условия уплотнения, углубляет теорию взаимодействия лесных машин с поверхностью движения.
Теоретическая и практическая значимость работы.
1. Разработанная математическая модель позволяет прогнозировать остаточные деформации почвогрунта в боковых полосах трассы движения лесной машины, возникающие за счет волн деформаций.
2. Уплотнение почвогрунта в боковых полосах трасс движения учтено при разработке рекомендаций к разработке лесосек исходя из требований минимизации экологического ущерба.
3. Разработанное техническое решение для моделирования условий работы лесных машин при исследовании лесосеки по номенклатуре показателей в процессе подготовки к проведению лесосечных работ позволяет повысить эффективность изучения лесосеки путем расширения номенклатуры исследуемых показателей.
Методология и методы исследования. Теоретической основой исследования явились работы ведущих отечественных и зарубежных ученых по повышению экологической эффективности лесосечных работ. В работе использованы базовые методы научно-технического познания, математического моделирования, теории удара, теории гипопластичности, измерения и обработки экспериментальных данных.
Автор в своих исследованиях опирался на фундаментальные работы видных ученых в области оптимизации технологических процессов лесосечных работ, систем машин и режимов их работы – Анисимова Г.М., Базарова С.М., Герасимова Ю.Ю., Герца Э.Ф., Григорьева И.В., Иванова В.А., Котикова В.М., Кочегарова В.Г., Кочнева А.М., Курьянова В.К., Макуева В.А., Меньшикова В.Н., Никифоровой А.И., Пошарникова Ф.В., Рябухина П.Б., Сюнева В.С., Шегельмана И.Р., Ширнина Ю.А., и др.
На защиту выносятся следующие положения:
Математическая модель уплотнения почвогрунта боковых полос трасс движения лесных машин, позволяющая оценивать уплотнение почвогрунта в зависимости от режима работы лесной машины и его свойств.
Оценка остаточной деформации в поверхностном слое почвогрунта вне трассы движения в зависимости от расстояния до трассы, режима работы лесной машины.
Новое техническое решение для повышения эффективности изучения лесосеки при ее подготовке к проведению лесосечных работ.
Технологические рекомендации, повышающие экологическую эффективность работы лесных машин.
Степень достоверности и апробация результатов обеспечивается применением современных методов исследования, обоснованностью принятых допущений, обоснованностью методов расчета и моделирования, а также подтверждается экспериментальными исследованиями процесса уплотнения почвогрунта от динамики поворота лесной машины.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: Девятой международной научно-практической Интернет-конференции «Леса России в XXI веке» (СПб, 2012 г.); МНТК «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2012 г.); МНТК молодых ученых и специалистов «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (СПб, 2011 г.); Республиканском научно-практическом семинаре-конференции «Инновационная система и методы использования и воспроизводства лесных ресурсов на базе новых технологий интенсивного лесопользования» (Петрозаводск, 2012 г.); Международном научно-практическом форуме «Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона» (Хабаровск, 2012 г.); МНТК «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса» (Кострома, 2012 г.); 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»).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 17 работ. Шесть статей опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получены два патента на полезную модель. Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах по НИР.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы. Общий объем работы 180 страниц. Диссертационная работа содержит 47 рисунков, 26 таблиц. Список литературы содержит 151 источник.
