Введение к работе
Актуальность темы. Объем древесины естественного отпада (ДЕО) в лесах Центрального федерального округа РФ (ЦФО) в среднем оценивается от 5 до 15% от запаса древесины. По данным комитета лесного хозяйства Московской области только в лесах Подмосковья скопилось примерно 20 млн. кубометров ДЕО.
Леса ЦФО используются не только для лесозаготовок, но, прежде всего, выполняют санитарно- гигиенические и оздоровительные функции, являются защитными полосами вдоль железных и автомобильных дорог. В таких лесах очистка от ДЕО в эстетических, противопожарных и фито защитных целях, а также в целях безопасности посетителей должна проводиться регулярно.
Очистка леса от ДЕО регулируется санитарными правилами по результатам лесопатологического обследования. В лесных насаждениях с наличием ДЕО назначение санитарно-оздоровительных мероприятий проводится визуальным способом, а недостающая информация переносится из таксационных описаний.
Для очистки лесов от ДЕО требуется специализированная техника, основой эффективного применения которой является точная информация об объемах и качестве ДЕО. Такая оценка может быть получена только научно-обоснованными методами учета древесины, которые для ДЕО недостаточно разработаны. Визуальная оценка захламленности субъективна и зависит от квалификации оценщика.
Таким образом, совершенствование технологии учета и уборки ДЕО в захламленных лесах актуально.
Степень разработанности темы. В России проблемой учета и очистки лесов от находящейся на земле древесины, появившейся в результате естественного отпада, рубок ухода и лесозаготовок занимались различные научные центры, такие как ГНЦ ЛПК, Петр.ГТУ, СПбГЛТА, ЦНИИМЭ, МГУЛ-МФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, КарНИИЛП, БГТУ, САФУ,УГТУ, МарГТУ и ряд других организаций. Ими были разработаны различные технологии, методы расчетов и дано описание основного технологического оборудования. Однако недостаточное внимание уделялось методам оценки объема и качества ДЕО и разработке на этой основе эффективных технологий очистки захламленных лесов.
Цель работы: теоретическая, методическая и практическая разработка способа оценки объемов и качества естественного отпада захламленных лесов, совершенствование технологических процессов уборки и утилизации ДЕО на примере предприятий Центрального федерального округа РФ.
Задачи исследований:
1. Выполнить теоретические исследования метода линейных пересечений для оценки размерно-качественных характеристик ДЕО.
2. Исследовать размерно-качественные характеристики скоплений
ДЕО в лесах ЦФО.
3. Выполнить имитационное моделирование оценки размерно-
качественных характеристик ДЕО методом линейных пересечений.
4. Разработать технологию и методические рекомендации оценки
объема ДЕО методом линейных пересечений в натурных условиях в лесах
ЦФО.
5. Разработать методические рекомендации по выбору рациональных
систем машин для уборки и утилизации ДЕО в лесах ЦФО.
6. Разработать имитационные модели работы систем машин и
технологических процессов уборки и утилизации ДЕО в лесах ЦФО.
7. Выполнить исследование работы системы машин для уборки и
утилизации ДЕО в лесах ЦФО.
Объект исследований. ДЕО в лесах ЦФО.
Предмет исследований. Технологические процессы оценки размерно-качественных характеристик ДЕО методом линейных пересечений и технологические процессы и машины для уборки и утилизации ДЕО в лесах ЦФО.
Методы исследований включают проведение в натурных условиях экспериментов, построение математических и алгоритмических моделей и проведение на них вычислительных экспериментов.
Научная новизна:
1. Обоснована возможность использования метода линейных
пересечений для оценки объема и качества ДЕО методом линейных
пересечений, включая математический аппарат.
2. Установлены законы распределения размерных характеристик
кусков ДЕО в лесах ЦФО, позволяющие реализовать метод линейных
пересечений на практике.
3. Разработаны имитационные модели и алгоритм
функционирования систем машин для уборки и утилизации ДЕО с учетом
вероятностного характера изменения размерно-качественных характеристик
ДЕО, полученных методом линейных пересечений.
4. Выявлены закономерности и получены уравнения регрессии, опреде
ляющие рациональные варианты технологических процессов и систем машин
для очистки захламленных лесов ЦФО на основе информации об объеме и
качестве ДЕО, полученных методом линейных пересечений.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Теоретические основы и математический аппарат количественной
оценки ДЕО методом линейных пересечений.
2. Результаты экспериментальных исследований размерно-
качественных характеристик скоплений ДЕО в захламленных лесах ЦФО,
позволяющие использовать метод линейных пересечений для оценки объема и
качества ДЕО.
3. Имитационные модели и алгоритм функционирования систем
машин для уборки и утилизации ДЕО, учитывающие вероятностный
характер изменения размерно-качественных характеристик ДЕО, полученные
методом линейных пересечений.
4. Результаты имитационных экспериментов с моделями систем
машин, позволяющие выбрать наиболее рациональные технологии для уборки
захламленности в лесах ЦФО.
Значимость для теории и практики.
Результаты исследований могут быть использованы при проведении лесопатологических обследовании в лесах ЦФО; для контроля качества очистки захламленных лесов ЦФО; для разработки технологических процессов уборки и утилизации ДЕО.
Соответствие диссертации паспорту специальности.
Диссертационная работа соответствует пункту 3 и 6 паспорта специальности 05.21.01 – «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»:
- разработка операционных технологий и процессов в
лесопромышленном и лесохозяйственном производствах: заготовительном,
транспортном, складском, обрабатывающем, лесовосстановительном и др.
- выбор технологий, оптимизация параметров процессов с учетом
воздействия на смежные производственные процессы и окружающую среду.
Достоверность результатов исследований.
Подтверждается статическим материалом, обработкой и оценкой данных при помощи программных сред Statistica и Excel, удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных зависимостей, а так же проверкой полученных результатов в захламленных лесах ЦФО.
Значение коэффициентов корреляции и коэффициентов детерминации подтверждают адекватность полученных математических моделей.
Личное участие автора в получении результатов. Автором разработано техническое решение гусеничного движителя.[патент на полезную модель№2017109153 от 20.03.17] Разработана научно-обоснованная методика выбора рациональных систем машин и оборудования для уборки захламленности леса на основе данных оценки их объема в лесу.
Реализация результатов исследований. Проведена опытно-
промышленная апробация разработанных вариантов систем машин для уборки
и утилизации древесины естественного отпада ( ДЕО) в ГУ КО «Медынское
лесничество» и ГК ВО «Александровское лесничество» Результаты работы
внедрены в учебный процесс МГУЛ и используются для подготовки
бакалавров и магистрантов по направлению «Технология
лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств»
Апробация результатов работы. Основные положения диссертаци
онной работы обсуждались на научно-технических конференциях
профессорско-преподавательского состава и аспирантов Московского
государственного университета леса, на международной научно-практической
конференции «Экологические аспекты использования древесины как природного возобновляемого ресурса», посвящённой Году экологии в России и по итогам научно-исследовательской деятельности за 2008-2017 гг.
Публикации. Основные результаты работы изложены в четырех печатных работах общим объемом 1.12п.л. авторский вклад 0.74п.л. четыре работы опубликованы в изданиях рекомендуемых ВАК. Получен один патент на полезную модель
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованных источников из 113 наименований приложений, протоколов технических совещаний. Основная часть работы изложена на 180 страницах и включает 23 таблиц и 65 рисунков.