Введение к работе
Актуальность темы исследования. Рациональное использование лесных ресурсов, получение максимального выхода товарной продукции с единицы объема древесины на корню - требования, формирующие направление развития лесозаготовительного производства России. Эти требования неоднократно озвучивались Президентом в посланиях Правительству и Федеральному собранию РФ. В этой связи актуальной является задача максимально полной заготовки древесины в затапливаемых, например, под водохранилища, зонах.
Предотвратить потерю древесины в указанном случае можно двумя способами: после затопления осуществить заготовку древесины в ложе водохранилища, либо заготовить древесину прибрежной зоны водохранилища заранее.
Технологии заготовки древесины, затопленной в ложе водохранилища, имеют существенные с технологической и экономической точек зрения недостатки, а именно - высокую трудоемкость, потребность в привлечении специальной техники для заготовки древесины в затопленной зоне, а также потребность в закупке специального оборудования и техники для их реализации.
Заготовка древесины с вывозкой до затопления прибрежной зоны также сопряжена с трудностями: лесотранспортная инфраструктура регионов развита слабо, апробированные в регионах технологии для случая заготовки требуемого объема древесины в сравнительно короткий срок потребуют значительных капиталовложений.
В этой связи является актуальной разработка и обоснование высокопроизводительной технологии заготовки древесины с последующим транспортом из затопленных зон. Представляется рациональным использование технологии заготовки древесины по хлыстовой технологии с последующей увязкой хлыстов в пучки, предназначенные к сплаву к береговому складу после затопления зоны, непосредственно на лесосеке. Однако, для организации работ требуются научно обоснованные модели специфического технологического процесса, которые должны базироваться на современных подходах, а именно - учитывать необходимость согласования производительности по основным технологическим операциям. Такие модели применительно к хлыстовой технологии с последующей увязкой пучков на лесосеке и сплавом до настоящего времени не разработаны.
Ввиду изложенного выше, считаем тему исследований актуальной.
Степень разработанности темы исследования. Вопросы разработки, обоснования, оптимизации технологии лесозаготовительных работ рассматривались видными отечественными учеными, среди них В.А.
Александров, СМ. Базаров, Ю.А. Бит, Б.М. Большаков, Н.Е. Высотин, Ю.Ю. Герасимов, Э.Ф. Герц, И.В. Григорьев, В.А. Иванов, А.А. Камусин, СП. Карпачев, В.П. Корпачев, В.М. Кочегаров, A.M. Кочнев, А.Ю. Мануковский, В.Н. Меньшиков, А.Н. Минаев, М.М. Овичнников, СФ. Орлов, В.И. Патякин, А.К. Редькин, B.C. Сюнев, Б.И. Угрюмов, A.M. Цыпук, И.Р. Шегельман, Ю.А. Ширнин и другие ученые. Однако, несмотря на значительный объем проведенных исследований, на настоящий момент не разработана модель сквозной (подразумевающей производство хлыстов с последующей их увязкой в пучки и сплавом) технологии заготовки древесины в подлежащих затоплению зонах, которая давала бы возможность минимизировать затраты на заготовку древесины, согласовать производительность отдельных технологических операций с учетом ограничения по временному фактору.
Целью работы является повышение эффективности заготовки
древесины в затапливаемых зонах путем обоснования нового
технологического процесса, обеспечивающего согласование
производительностей лесозаготовительных и лесотранспортных процессов.
Задачи исследования: в соответствии с целью работы сформулированы следующие задачи исследований:
-
разработать математическую модель технологического процесса заготовки древесины с увязкой хлыстов в пучки и транспортом из затопленной зоны;
-
провести экспериментальные исследования по определению продолжительности нахождения на воде пучка хлыстов с заданными параметрами;
-
разработать математическую модель, позволяющую определить срок нахождения на плаву пучка хлыстов с учетом их геометрических параметров и породы древесины;
-
разработать методику расчета производительности транспортных единиц для сбора пучков хлыстов с учетом их срока нахождения на плаву;
-
установить рациональные параметры технологии заготовки древесины в подлежащих затоплению зонах с согласованием производительностей отдельных технологических операций;
-
оценить результаты выполненного моделирования и получить данные об адекватности составленных математических моделей.
Научная новизна работы заключается в разработанной и исследованной математической модели процесса заготовки древесины с увязкой пучков хлыстов на лесосеке в ложах будущих водохранилищ и транспортом из затопленных зон, отличающаяся учетом характеристик древостоя и влияния скорости затопления на параметры технологического процесса, позволяющая
согласовать производительность отдельных единиц оборудования при освоении запасов древесины затапливаемых зон.
Теоретическая и практическая значимость работы:
-
разработанная и исследованная математическая модель процесса заготовки древесины в ложах будущих воодохранилищ расширяет теоретическую базу технологии лесозаготовки;
-
полученные теоретические и экспериментальные результаты по исследованию продолжительности нахождения пучка хлыстов различных древесных пород на плаву в зависимости от геометрических параметров хлыстов и их числа в пучке расширяют теорию водного транспорта леса;
-
построенные модели позволяют на практике осуществлять научно обоснованное планирование технологического процесса заготовки древесины в затапливаемых зонах;
-
защищенные патентом технические решения позволяют повысить технологическую эффективность машин для заготовки и транспорта древесины.
Методика и методы исследования. Теоретической и методологической основой исследования явились работы ведущих отечественных и зарубежных ученых в области повышения эффективности технологических процессов лесосечных работ
В работе использованы базовые методы научно-технического познания, математического моделирования, теории лесосечных работ и водного транспорта леса, измерения и обработки экспериментальных данных.
Положения, выносимые на защиту:
-
математическая модель процесса заготовки древесины в затапливаемых зонах, учитывающая влияние скорости затопления зоны и характеристик древостоя на производительность лесозаготовительной техники и водного транспорта;
-
уточненные математические модели, устанавливающие прожолжительность нахождения пучка хлыстов на плаву в зависимости от геометрических параметров хлыста, числа хлыстов в пучке и породы древесины;
-
рекомендации, повышающие производительность оборудования при заготовке древесины в затапливаемых зонах.
Степень достоверности выводов и результатов исследований обеспечивается применением современных методов исследования, обоснованностью принятых допущений, обоснованностью методов расчета и
моделирования, а также удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Апробация результатов работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на НТК «Молодая мысль - развитию лесного комплекса» (Братск, 2006 г.), VIIIВНТК «Естественные и инженерные науки -развитию регионов Сибири» (Братск, 2009 г.), МНПИК «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.); МНПФ «Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона» (Хабаровск, 2012 г.); и ежегодных НТК СПбГЛТУ и БрГУ в 2006-2013 гг.
