Введение к работе
Актуальность темы. На территории Северо-Западного федерального округа преобладают почво-грунты, деформационные свойства и низкая несущая способность которых снижают эффективность использования современной лесозаготовительной техники. Ограничения на применение лесозаготовительных машин определяются условиями колееобра-зования, величиной давления движителя на поверхность движения, деформационными и прочностными свойствами почво-грунтов. На таких грунтах снижаются скорость движения и проходимость лесных машин, увеличиваются их колебания, нарушаются экологические нормы применения машин.
Промерзание лесных почво-грунтов в зимний период на достаточную глубину снимает ограничения на применение лесозаготовительных машин. Однако и в зимний период оттепели часто вносят неопределенность в оперативное планирование лесозаготовок. Зимой снег разрушается и лесная машина движется по слою частично промерзшего почво-грунта. В межсезонные (весна, осень) периоды года по причине более интенсивного колееобразования объективно формируются ограничения на количество проходов лесозаготовительной техники, что усложняет разработку лесосеки. В это время работы по заготовке древесины с использованием машин часто прекращаются.
В этой связи актуальной задачей представляется рассмотрение многоплановой проблемы технологически возможной, экономически и экологически целесообразной интенсификации использования путей транспорта леса и дорогостоящей лесозаготовительной техники в межсезонные периоды с учетом требований рационального природопользования. В определенной мере изучение дополнительных возможностей эксплуатации транспортных путей в межсезонные периоды позволило бы откорректировать существующие модели планирования лесозаготовительных работ и уменьшить продолжительность технологических перерывов.
Цель исследования. Целью диссертационной работы является обоснование повышения эксплуатационно-экологической эффективности лесных машин в межсезонные периоды.
Задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной цели:
- экспериментальные исследования влияния циклов «замораживание - оттаивание» на физико-механические характеристики лесных почво-грунтов, залегающих на территории Республики Карелия, в межсезонные периоды;
совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесных машин на лесные почво-грунты с учетом их физико-механических свойств в межсезонные периоды и наличия лесной подстилки;
разработка рекомендаций по повышению эксплуатационно-экологической эффективности лесных машин в межсезонные периоды.
Объект исследования: лесные почво-грунты, система «ходовая часть лесной машины - лесные почво-грунты».
Предмет исследования: особенности эксплуатации транспортных путей и лесных машин в межсезонные периоды, влияние циклов «замораживание - оттаивание» на физико-механические характеристики лесных почво-грунтов, закономерности и результат взаимодействия ходовой части лесной машины с лесными почво-грунтами с учетом особенностей межсезонных периодов и лесной подстилки.
Методы исследования. Для решения поставленных задач были использованы:
лабораторные методы определения физико-механических характеристик лесных почво-грунтов по ГОСТ 30416-2012, ГОСТ 12071-2000, ГОСТ 5180-84, ГОСТ 12248-2010;
методы статистической обработки результатов испытаний по ГОСТ 20522-96;
регрессионный анализ;
математическое моделирование процессов уплотнения и колее-образования на лесных почво-грунтах.
Для статистической обработки результатов испытаний применялся Microsoft Excel.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Выявлены закономерности влияния циклов «замораживание - оттаивание» на физико-механические характеристики лесных почво-грунтов. Получено уравнение регрессии зависимости модуля деформации от числа циклов «замораживание - оттаивание», позволяющее адаптировать существующие модели взаимодействия лесных машин с почво-грунтами к условиям межсезонных периодов.
-
Предложена двухпараметрическая модель для оценки начальной глубины колеи в зависимости от числа проходов лесной машины с учетом лесной подстилки, позволяющая в интегральной форме учитывать особенности деформирования лесного почво-грунта на начальных этапах взаимодействия с движителем лесной машины.
-
Разработаны рекомендации по повышению эксплуатационно-экологической эффективности лесных машин в межсезонные периоды.
Значимость для теории. Полученные зависимости влияния циклов «замораживание - оттаивание» на физико-механические характеристики лесных почво-грунтов могут быть использованы в целях уточнения теоретических представлений о процессах колееобразования на почво-грунтах при воздействии лесозаготовительных машин в межсезонные периоды. Показано, что при разработке методики прогнозирования глубины колеи на начальных этапах взаимодействия лесных почво-грунтов с движителем лесной машины с учетом наличия лесной подстилки может быть использовано логистическое уравнение Ферхюльста.
Значимость для практики. Результаты диссертационной работы можно использовать для корректировки существующих моделей взаимодействия лесных машин с почво-грунтами в межсезонные периоды и для прогнозирования глубины колеи с учетом лесной подстилки в целях повышения эксплуатационно-экологической эффективности лесных машин в межсезонные периоды.
Положения, выносимые на защиту:
-
Результаты исследования влияния циклов «замораживание - оттаивание» на физико-механические характеристики лесных почво-грунтов.
-
Рекомендации по корректировке существующих моделей взаимодействия лесных машин с почво-грунтами в межсезонные периоды.
-
Двухпараметрическая модель для оценки глубины колеи, позволяющая на начальных этапах взаимодействия движителя лесной машины с лесным почво-грунтом учитывать особенности деформирования почво-грунта в межсезонные периоды (весна, осень) и лесную подстилку.
-
Рекомендации по повышению эксплуатационно-экологической эффективности лесных машин в межсезонные периоды.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на VI международной научно-технической интернет-конференции «Леса России в XXI веке» (Санкт-Петербург, март 2011 г.), международной научно-технической конференции «Опыт лесопользования в условиях Северо-Запада РФ и Фенно-скандии» (ПетрГУ, 20-22 сентября 2011 г.), научно-практической конференции «Механика технологических процессов» (ПетрГУ, 2 ноября 2011 г.), научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии, материалы и конструкции» (ПетрГУ, 17 апреля 2013 г.), на семинарах кафедры тяговых машин лесоинженерного факультета и кафедры систем автоматизированного проектирования строительного факультета ПетрГУ.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс на строительном и лесоинженерном факультетах в курсах «Механика грунтов» и «Механика грунтов и основы почвоведения» и в производственную деятельность на лесозаготовительных предприятиях Прионежского и Сор-тавальского районов Республики Карелия.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе две в изданиях, рекомендованных ВАК, и три в изданиях, зарегистрированных в наукометрической базе данных AGRIS.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы - 139 страниц. Диссертационная работа содержит 27 рисунков, 42 таблицы.
