Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 9
Особенности формирования молодняков в условиях 9 Европейского Севера
Основные принципы, цели и результаты рубок ухода 11 в молодняках
Технологические схемы освоения участков молодняков при 18 проведении рубок ухода
Механизированные компоненты технологических комплексов 26 для ухода за молодняками
Бензомоторный инструмент 26
Тракторные агрегаты для осветления лесных культур 29
Машины для трелевки древесины от рубок ухода 32 в молодняках
1.5 Выводы, цели и задачи исследования 45
2 ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ АПРОБАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ 49
ЛЕСОТРАНСПОРТНОИ СИСТЕМЫ «МИНИТРАКТОР 2К2 - ПРИЦЕП»
В УСЛОВИЯХ ПРОЧИСТКИ ХВОЙНЫХ КУЛЬТУР
Объект испытаний 49
Выбор участка леса для испытаний и определение 52 условий их проведения
Проведение испытаний экспериментального образца 54 лесотранспортной системы и обзор результатов
Выводы 61
3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 62
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УДЕЛЬНОГО РАСХОДА
ТОПЛИВА ЛЕСОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ
«МИНИТРАКТОР 2К2 - ПРИЦЕП» ДЛЯ УХОДА ЗА МОЛОДНЯКАМИ
3.1 Разработка математической модели удельных расходов 62
топлива в грузовом режиме
3.2 Теоретические предпосылки для обоснования параметров и 71
выбора компонентов шасси минифорвардера для рубок
ухода в молодняках
3.3 Выводы 78
4 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ 79
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ТРЕЛЕВОЧНОЙ СИСТЕМЫ
«МИНИТРАКТОР 2К2 - ПРИЦЕП» ДЛЯ УЧАСТКОВ УХОДА ЗА МОЛОДНЯКАМИ
Проведение исследовательских натурных испытаний агрегата 79 и обзор их результатов
Расчетно-эмпирическая оптимизация основных параметров 85 экспериментальной лесотранспортной системы
Сравнение экспериментальных и теоретических показателей 90 транспортного процесса лесотранспортных агрегатов для
ухода за молодняками
4.4 Выводы 92
5 ДИСКРЕТНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ КОМПОНЕНТОВ ХОДОВОЙ 94
СИСТЕМЫ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСМИССИИ
ЛЕСОТРАНСПОРТНОГО АГРЕГАТА ДЛЯ УХОДА ЗА
МОЛОДНЯКАМИ
Исходные данные 94
Решение оптимизации, ее результаты 96
Выводы 99 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100 ЛИТЕРАТУРА 103 ПРИЛОЖЕНИЕ А. Справки, акты 110 ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Интерактивная расчетная программа 116
Введение к работе
Актуальность темы. Одной из основных задач по механизации современного лесоводства является повышение продуктивности лесов в результате улучшения их породного состава, в том числе увеличение лесных площадей с преобладанием хвойных пород так как это в перспективе основной источник доходов от лесопользования. В полной мере это относится к лесам Европейского Севера.
Однако нельзя при этом не учитывать и общемировые тенденции, заключающиеся в том, что все «побочные» продукты становления окончательного промышленного древостоя должны быть рационально использованы. В условиях современных рубок ухода (для Северного региона), в молодняках эта цифра может составлять, по оценкам автора, до 15 — 25 м плотной древесины (биомассы) с гектара которые необходимо на данном уровне развития технологий разнопланово использовать - как то переработка в биотопливо, в сырье для производства бумаги, строительных материалов и пр. Однако, все благие намерения, как правило, заканчиваются складированием «продуктов» от рубок ухода в молодняках на производственном участке, с последующим перегниванием, что уничтожает реакреакционные свойства леса, или «благополучном», часто небезопасном сжигании. И все это по причине нелеквидности этой заготовленной биомассы. Опыт, однако, показывает что эта «неликвидность» скрыта в отсутствии эффективных современных технических средств для трелевки на территории участков ухода за лесом древесины на верхний склад для последующей технологической переработки. В связи с этим комментарием, решение задач по научному обоснованию лесохозяйственных машин для эффективной трелевки древесины на участках рубок ухода в молодняках является актуальным.
5 Цель и задачи исследований. Цель работы — повышение
эксплуатационной эффективности лесотранспортных процессов на участках
рубок ухода в молодняках на основе разработки и применения
математических моделей данных процессов для снижения технологического
удельного расхода топлива в стадии грузового хода трелевочного агрегата.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:
- на основе производственной апробации технологического комплекса
машин для ухода за молодняками, включающего в качестве транспортного
компонента систему «минитрактор 2К2 — прицеп» определить возможность
использования данного трелевочного агрегата в реальных условиях рубок
ухода;
- разработать теоретические и экспериментальные математические
модели определения технологического удельного расхода топлива в стадии
грузового хода транспортного процесса выбранного трелевочного
компонента технологического комплекса машин для участков ухода за
молодняками, с учетом эластичности шин, пластической податливости
лесной почвы и инерционных показателей колесного движителя
трелевочного агрегата;
- разработать программу, методику и осуществить исследовательские
полевые испытания по оценке технологического удельного расхода топлива в
стадии грузового хода транспортного процесса выбранной
лесотранспортной системы;
провести оценку результатов экспериментальных исследований и теоретического математического моделирования;
произвести обоснование проектных параметров и выбор элементов шасси колесного трелевочного агрегата для участков рубок ухода в молодняках с целью минимизации оценки технологического удельного расхода топлива в стадии грузового хода транспортного процесса;
разработать основные рекомендации по повышению эксплуатационной эффективности лесотранспорта на участках ухода за
молодняками путем повышения топливной экономичности трелевочного агрегата.
Методы исследования. При разработке программы и методики производственной апробации и исследовательских натурных испытаний использовались положения отраслевых стандартов, методы планирования эксперимента. При поиске экстремальных решений - методы математического анализа.
При математическом моделировании показателей эффективности транспортного процесса использовались методы общей динамики лесотранспортных машин, теории функциональных преобразований.
При нахождении конструктивных оптимальных и проектных решений по перспективному варианту лесотранспортнои системы для участков рубок ухода в молодняках - методы дискретной оптимизации.
Использовались лицензированные программные продукты MathCAD, Maxima и для составления интерактивной оптимизационной программы алгоритмический язык программирования GWBASIC.
Обоснованность и достоверность результатов подтверждается аргументированностью принятых допущений и использованием современных методов при теоретических исследованиях, сходимостью результатов экспериментальных исследований с теоретическими расчетами.
Научная новизна работы.
Разработана, теоретически и экспериментально исследована математическая модель для прогнозирования топливной экономичности лесотранспортнои системы «минитрактор 2К2 - прицеп» для участков ухода за молодняками с учетом динамических свойств двигателя, эластичности шин агрегата, инерционных характеристик колес тягового модуля, деформируемости поверхности движения, позволяющая минимизировать технологический удельный расход топлива транспортного процесса на участке рубки ухода.
7 Практическая значимость работы.
Результаты исследований позволяют на стадии проектирования и модернизации лесотранспортной системы «минитрактор - прицеп» для участков рубок ухода в молодняках обосновать технические решения, обеспечивающие минимизацию технологического удельного расхода топлива, уменьшение энергозатрат на весь производственный процесс рубки ухода в молодняках.
На защиту выносятся:
- математическая модель прогнозирования топливной экономичности
лесотранспортной системы «минитрактор 2К2 - прицеп» на трелевочном
процессе при рубках ухода в молодняках с учетом эластичности шин,
инерционных параметров колес и деформируемости лесной поверхности
движения и результаты ее использования;
результаты производственной апробации экспериментальной лесотранспортной системы «минитрактор 2К2 — прицеп» в условиях участка хвойных интродуцентов ПХИ 83 в делянке плантации сосны скрученной широколиственной;
- результаты исследовательских натурных испытаний транспортного
процесса экспериментальной лесотранспортной системы для ухода за
молодняками.
Реализация результатов.
Предложен вариант компоновки, и разработана конструкторская документация на технический проект перспективного прицепа для лесотранспортной системы «минитрактор 2К2 - прицеп» с оптимальными параметрами для энергетической установки мощностью 3,7 кВт. Указанные материалы переданы в ОАО «Механический завод» (г. Архангельск).
Основные научные результаты реализованы в учебном процессе кафедры транспортных машин АГТУ и использованы в госбюджетной НИР механического факультета (отчеты 2008, 2009 годов).
8 Работа поддержана грантом Администрации Архангельской области
при выполнении проекта на тему «Разработка оптимальной технологии
лесотранспорта на участках рубок ухода в естественных молодняках
Архангельской области» в рамках приоритетных направлений развития
науки в Архангельской области в 2007 году.
Апробация работы. Основные положения диссертации были
представлены и одобрены на:
- международной научно-технической конференции в Вологодском
государственном техническом университете (г. Вологда, 2009 г.);
- научно-технических конференциях профессорско-преподавательского
состава АГТУ (2007 г., 2008 г., 2009 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работы, в т.ч. три в изданиях по перечню ВАК.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 71 наименования, 2 приложений. Основное содержание работы изложено на 121 страницах, включает 40 рисунков, 13 таблиц.
