Введение к работе
Актуальность темы. Лесосечные работы являются важной фазой, которая определяет эффективность лесозаготовок. В этой связи особое значение приобретают факторы, повышающие эффективность функционирования лесных машин. В процессе работы на лесосеке образуются хлысты или круглые лесоматериалы и значительный объем лесосечных отходов.
Лесосечные отходы выступают с одной стороны как вторичное сырье для промышленной переработки, с другой как - материал для укрепления волоков.
Как правило, вопросы функционирования лесных машин и процессы образования и дальнейшего использования лесосечных отходов рассматриваются разрозненно, что приводит к увеличению потерь биомассы дерева, уменьшению объемов вторичного сырья для промышленной переработки, снижению производительности машин при сборе отходов, снижению экологической безопасности лесных машин и др.
При этом одним из главных направлений развития лесозаготовительной промышленности остается увеличение заготовки и переработки биомассы дерева при сбережении всех видов ресурсов.
В этой связи разработка технологических решений, с помощью которых осуществляется управление процессом образования лесосечных отходов и рациональное использование отходов для укрепления волоков с целью увеличения объемов вторичного сырья для промышленного использования, является актуальной задачей и требует проведения специальных исследований.
Цель работы. Повысить функциональные возможности лесосечных машин путем управления распределением древесных отходов и снижением количества отходов для укрепления волоков.
Объекты и методы исследований. Трелевочно-транспортные системы на колесной и гусеничной базе, почво-грунты на волоках, укрепленные лесосечными отходами, процесс образования лесосечных отходов, операции по укладке хворостяной подушки на волоках.
Основные методы исследований: математическое моделирование движения лесных машин по волокам и процесса укладки хворостяной подушки; экспериментальные исследования колееобразования на волоках, свойств хворостяной подушки, плотности лесосечных отходов. Для экспериментальных исследований в полевых условиях свойств хворостяной подушки изготовлен измерительный комплекс. Состав комплекса: месдозы, измерительные преобразователи, модуль ввода, управляющий компьютер, программное обеспечение NL Data View. Для исследования изменения плотности лесосечных отходов использовался метод закладки пробных площадок и метод линейных пересечений. При обработке результатов использовались методы математической статистики.
Научная новизна. Разработаны математические модели, позволяющие определять число проходов трелевочно-транспортной системы для произвольного участка волока с учетом особенностей организации основной технологической схемы. Установлены закономерности влияния природно-производственных факторов на общую картину распределения проходов по волокам (пасечным и магистральным). Предложены модели, позволяющие определять изменение глубины колеи по длине волока с учетом изменения рейсовой нагрузки трелевочно-транспортной системы при каждом проходе и при работе нескольких систем разного типа на одном волоке. Разработаны зависимости, связывающие количество лесосечных отходов для формирования хворостяной подушки, число проходов, свойства почво-грунта и параметры движителя. Установлена связь между составом оборудования и последовательностью операций основного технологического процесса и плотностью лесосечных отходов на 1 м2 площади лесосеки. Предложены условия и способы увязки работ по строительству хворостяной подушки с особенностями выполнения основных лесосечных операций.
Научные положення, выносимые на защиту:
-
Математические модели, позволяющие строить распределение числа проходов лесных машин по волоку (пасечному и магистральному) при различных технологических схемах; в зависимости от характеристик древостоя; технических характеристик машин; особенностей организации лесосечных работ.
-
Математическая модель по определению глубины колеи произвольного участка волока при условии изменения рейсовой нагрузки трелевочно-транспортной системы и работе систем разного типа на волоке.
-
Результаты экспериментальных исследований распределения глубины колеи по участкам волока.
-
Математические модели взаимодействия движителя лесозаготовительной машины с почво-грунтом, укрепленным лесосечными отходами:
эмпирическая модель, характеризующая защитные свойства хворостяной подушки;
зависимость, связывающая количество лесосечных отходов с основными факторами, действующими в системе "движитель - почво-грунт";
зависимости, характеризующие работу на грунтах 3—4 группы трелевочных машин на колесной и гусеничной базе в аспекте затрат лесосечных отходов для укрепления волоков.
-
Результаты экспериментальных исследований по оценке влияния состава оборудования и последовательности операций основной технологической схемы на образование и распределение отходов по лесосеке.
-
Рекомендации но совмещению технологических операций по сбору отходов и укладке хворостяной подушки с операциями основного технологического процесса.
Достоверность научных исследований подтверждается: значительным статистическим материалом, обработкой и оценкой данных на ЭВМ посредством пакета прикладных программ STATGRAPHICS Plus, удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных зависимостей, а также проверкой полученных данных в реальных производственных условиях.
Практическая значимость. Результаты исследований позволяют: определять количество лесосечных отходов, которое необходимо использовать, чтобы повысить несущую способность почво-грунтов транспортных путей; увеличить объем вторичного сырья для промышленного использования; сократить затраты при строительстве хворостяной подушки; обосновать параметры увязки процесса по заготовке стволовой древесины и операций сбора лесосечных отходов для дальнейшей промышленной переработки в привязке к природно-производственным условиям; расширить базу данных для обоснования технических характеристик новых образцов техники проектируемой для сбора и транспортировки лесосечных отходов.
Место проведения. Работа выполнена на кафедре Технологии и оборудования лесного комплекса Петрозаводского государственного университета (ПетрГУ), в условиях опытно-производственной базы ПетрГУ в пос. Матросы, в сырьевой базе предприятий: ЗАО "Лесма", ЗАО "ШуяЛес" ЗАО "Лескарел", ЗАО "Кондопожское лесопромышленное хозяйство", ОАО "Пудожпромлес", АО "Запкареллес" (Республика Карелия); ООО "Северная лесопромышленная компания" (Республика Коми).
Реализация работы. Результаты исследований используются Кар-НИИЛПКом для обоснования новой техники и технологии, ряд положений по обоснованию использования лесосечных отходов включены в программу развития лесопромышленного комплекса региона, выполненной КарНИИЛПКом по заказу правительства Республики Карелия. Положения, позволяющие проектировать лесосечные работы на основе рационального использования биомассы лесосечных отходов, включены в производственную деятельность ЗАО "Лесма". Результаты исследований используются в учебном процессе и в дипломном проектировании на лесоинженерном факультете ПетрГУ.
Апробация работы. Основные результаты исследований обсуждались на научно-практической конференции "Структурная перестройка лесного комплекса Республики Карелия" (Петрозаводск, 2003); на межрегиональной научно-практической конференции "Исследования молодежи - экономике, производству, образованию" (Сыктывкар, 2004); на IV международной научно-технической конференции "Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике" (Петрозаводск, 2004); на всероссийской научно-технической конференции посвященной 75-летию УГЛТУ (Екатеринбург, 2005); на
6 международной конференции молодых ученых "Актуальные проблемы современной науки" (Самара, 2005); на 3 международной научно-практической конференции "Темпы и пропорции социально-экономических процессов в регионах Севера" (Апатиты, 2005); на международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы развития лесного комплекса" (Вологда, 2005); на научно-технических советах КарНИИЛПКа; на заседаниях кафедры Технологии и оборудования лесного комплекса (ПетрГУ).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и 6 приложений. Общий объем работы 187 с, в т. ч. 53 рис., 22 табл., 35 с. приложения. Список использованных источников содержит 153 наименования.
