Введение к работе
Актуальность темы. Основным направлением повышения продуктивности лесов на переувлажненных землях, составляющих более 2С$ территории лесного фонда таежной зоны, является гидролесомелиорация. Эффективность гидролесомелиорации определяется главным образом величиной дополнительного прироста древесины, получаемой за счет осушения, и интенсификацией ведения лесного хозяйства на основах рационального природопользования. При этом одно из главных мест среди многочисленных мелиоративных мероприятий должны занимать механизированные работы по технической эксплуатации осушительных систем, актуальность проведения которых предусматривается Программой по механизации лесохозяйственпого производства на 1990-1995 годы, Государственной комплексной программой "Лес", Концепцией развития лесного хозяйства, где внедрение комплексов машин, прогрессивных энергосберегающих технологий и средств механизации трудоемких операций в лесохозяйствея-ном производстве определено как первоочередное.
Осушенные земли лесного фонда, превышающие к настоящему времени G млн.га, на площади около 3,5 млн.га с протяженностью каналов более 250 тыс.км нуждаются в неотложном проведения ремонта. За последние 20-30 лег из-за неудовлетворительного содержания лесоосушительных систем недополучено более 50 млн.м3 дополнительного прироста древесины, что свидетельствует о имеющейся проблеме, связанной с осуществлением планомерной технической эксплуатации объектов осушения в общей системе ведения лесного хозяйства на новом техническом и организационном уровне. Решение этой проблемы невозможно без проведения исследований для разработки научных положений по системному проведению эксплуатационных работ, обеспечивающему устанавливаемые нормы надежности функционирования лесоосушительных каналов, и по создании комплекса машин. Специфика выполнения работ по технической эксплуатации осушительных систем в лесном хозяйстве выдвигает требования по создании специализированных мелиоративных машин, приспособленных к работе в лесных условиях.
Цель работы - повышение эффективности функционирования лесо-
4 осушительных систем на основе разработки оптимальных технологий (стратегий) их технической эксплуатации и создания технологического комплекса машин.
Объекты исследования. Б качестве объектов исследования технологических процессов эксплуатационных работ использовались осушительные системы Сиверского и Гатчинского мехлесхозов Ленинградской обл., Спасогубского и Гирвасского лесхозов Министерства лесного хозяйства Карелии, Калининградского и Новгородского ле-сохозяйственных территориальных производственных объединений (ЛХТЇЇ0) Министерства лесного хозяйства РСФСР, Каарапересской лесной опытной станции Эстонского научно-исследовательского института лесного хозяйства и охраны природы (ЭстНИИЛХОП). Объектами исследований служили также опытные и серийные образцы специализированной машины КЛН-1,2 со сменными рабочими органами для ухода и ремонта лесоосушительных каналов и кюветов лесных дорог, макетные и опытные образцы многофункционального оборудования для содержания каналов ОСК-3 на базе тракторов семейства "Оне-жец" (ТДТ-55А, ЛХТ-55, JOCT-I00), макетные и опытные образцы ка-налокопателя лесного фрезерного КЛФ-0,8, агрегатируемого с трактором ЛХТ-І00Б.
Методы исследования. В основу исследований положены методы: принятия гипотез (стационарности интенсивности отказов каналов-осушителей, режима фрезерования, внешних воздействий на отдельных режимах работы машины и др.), моделирования стохастических процессов функционирования каналов, подвергающихся профилактическому обслуживанию и также рабочих процессов машин, разработки концепции лесомелиоративной машины и реальных конструкций на основе олочно-модульного построения, проведения экспериментов и применения компьютерной техники.
Научная новизна. Для лесоосушительных систем впервые разработана методология управления надекностыо процесса функционирования каналов на назначенном сроке (угу^бы^гидролесомелиоратив-ных объектов, позволяющая на основе проведения регламентированных технологических операций эксплуатационных работ реализовать потенциальные возможности лесорастительных условий, не допуская начала вторичного заболачивания систем; для оценки технического состояния каналов осушительной сети разработаны и предложены по-
5 казатели надежности; разработаны детерминированные и стохастические (полумарковские) модели процессов профилактического обслуживания каналов и оптимальные стратегии проведения технологических операций эксплуатационных работ; предложена концепция лесомелиоративной машины для технической эксплуатации лесоосу-пштельных систем, для которой разработаны вероятностные модели агрегатирования на основе дискретных марковских цепей; разработана модель взаимодействия рабочего органа лесомелиоративной машины с руслом ремонтируемого канала, отражающая специфику конструкции рабочего органа, объекта труда и позволяющая получать аналитические выражения для момента сопротивления (модель расчетной нагрузки); на основе анализа и синтеза структуры привода рабочего органа получены аналитические выражения для установления параметров жесткости (податливости) и демпфирования в приводе; проведена оценка динамических нагрузок на несущее технологическое оборудование лесомелиоративной машины в рабочем режиме при экстремальных внешних воздействиях, наличии дебалан-са рабочего органа и возникновении гироскопического эффекта. Оригинальные технические решения выполнены на уровне изобретений.
Практическая значимость работы состоит в повышении эффективности эксплуатационных работ на осупштельных системах путем создания и внедрения в производство комплекса специализированных машин с квазиоптимальными параметрами и характеристиками, применяемых по соответствующему регламенту.
Применяются и могут использоваться в практике следующие конкретные результаты работы:
методика прогнозирования состава эксплуатационных работ и периодичности их выполнения на гидролесомелиоративном объекте;
технологические карты на процессы работы каналоочистителя со сменными рабочими органами по эксплуатации каналов-осушителей;
серийные образцы каналоочистительных машин со сменными рабочими органами для ухода за донной частью канала и срезания кустарника;
методика обоснования параметров привода активных рабочих органов;
конструктивные мероприятия, направленные на снижение нагру-женности элементов привода, рабочих органов и навесного технологического оборудования;
компоновочные схемы агрегатирования технологического оборудования и сменных рабочих органов на базовой матине;
методика расчета конструкций лесомелиоративных машин и сами машины в учебном процессе при подготовке инженерных кадров дня лесного хозяйства и лесной промышленности.
Реализация работы. Основные научные положения и результаты исследований включены в отраслевую Систему машин, определяющую техническую политику в лесном хозяйстве, и "Руководство по осушению лесных земель1*, которое является нормативным документом при изыскании, проектировании, строительстве и эксплуатации осушительных систем лесохозяйственного назначения. Они использованы ЛенНИИЛХом, ЭстШИЛХОПом, ВНИИземмаш, НПО "БелНИИМиВХ", Выриц-ким опытно-механическим заводом, Нелидовским заводом "Торфмаш", Минским опытно-механическим заводом при создании каналоочисти-тельных машин и сменных рабочих органов ідля ухода за донной частью канала и срезания кустарника.
Каналоочистительные машина КЛН-1,2 широко внедрены на предприятиях Министерства лесного хозяйства России, Беларуси, Литвы, Эстонии, Ленгорисполкома, ПРСО "Ленавтодор", ЛПОЭЭ "Ленэнерго", на ряде предприятий ГЛшшефтегазстроя, МПС бывшего СССР.
Навесное многофункциональное оборудование ОСК-3 и каналоко-патель КЛФ-0,8 в 1990 г. успешно прошли приемочные государственные испытания и в настоящее время проводится работа по подготовке их серийного выпуска на Вырицком опытно-механическом заводе.
Сменный рабочий орган для ухода за донной частью канала, входящий в комплект машин КЛН-1,2 и ОСК-3 при агрегатировании с серийными каналоочистителями МР-І4 (разработка ВНИИземмаш), внедрен в Межрайонных управлениях осушительных и оросительных систем Министерства мелиорации и водного хозяйства Беларуси.
Проектные разработки и методики расчета по лесомелиоративным машинам внедрены в учебный процесс в Санкт-Петербургской лесотехнической академии.
Адробапия работы. Основные научные положения и результаты исследований подтверждены путем исследовательских, эксплуатаци-
онных, предварительных и приемочных испытаний разработанных машин. Технологические приемы механизированных работ, параметры машин и их рабочих органов отработаны в процессе создания комплекса машин.
Машина КЛН-1,2 со сменными рабочими органами экспонировалась на ВДНХ СССР (1987, 1989 гг.) и удостоена серебряной и бронзовой медалями.
По теме диссертации сделаны и одобрены доклады на Втором (г.Москва, 1980 г.) и Третьем ( г.Псков, 1982 г.) советско-финских симпозиумах, посвященных проблемам лесоосушения, на УШ Международном конгрессе по торфу (г.Ленинград, 1988 г.), на координационных совещаниях Межведомственного научно-технического совета (МНТС) по гидролесомелиорации (г.Ленинград, IS82 г., IS89 г.; г.Йошкар-Ола, 1987 г.; г.Сыктывкар, 1988 г.; г.Свердловск, 1989 г.; г.Кириши, 1992 г.), на специализированном постоянно действующем семинаре "Проблемы формирования систем машин и техники новых поколений" (г.Москва, ЕНИИПМ, 1990 г.), на научно-технических конференциях в лесотехнической академии з 1982-1984 гг., 1986 г., 1987 г., 1992 г., на Ученых советах ЛенНИИЛХа в 1980-I9SI гг. при рассмотрении программ, методик и отчетов о научно-исследовательской работе по темам, научным руководителем которых был автор. В заключительном виде диссертация рассматривалась на заседании Ученого совета ЛенНИЖХ (г.Санкт-Петербург, 1992 г.).
Публикация. По теме диссертации опубликовано 44 научных работы, получено 18 авторских свидетельств, 9 из которых реализованы в конструкциях машин и прошли производственную проверку.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми разделов, заключения, списка использованной литературы 197 наименований и 30 приложений. Основное содержание работы изложено на 348 страницах машинописного текста, иллюстрировано 74 рисунками и 12 таблицами. В приложения (65 с.) включены вспомогательные данные, технические характеристики созданных лесомелиоративных машин, акты эксплуатационнях и приемочных испытаний машин, справки о выпуске машин и внедрении их в производство, а такхе об использовании результатов исследований в различных организациях.