Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и задачи исследований 13
1.1. Технологические процессы лесосечных работ 13
1.2. Критерии оценки технологических процессов лесосечных работ 19
1.3. Системы машин для выполнения лесосечных работ 23
1.4. Влияние лесорастительных условий на технологические процессы лесосечных работ и выбор системы машин 28
Цель и задачи исследований 38
2. Способы рубок и технологические процессы лесосечных работ. их выбор при максимальном сохранении лесной среды 40
2.1. Лесосечные работы в системе лесопользования 40
2.2. Выбор технологического процесса лесосечных работ по экологическим, социальным и экономическим группам критериев 42
2.3. Лесной фонд Урала 46
2.4. Виды и способы рубок 53
2.4.1. Рубки главного пользования 54
2.4.2. . Промежуточное пользование 67
2.5. Технологические процессы лесосечных работ. Возникновение ущерба при проведении рубок 69
2.6. Влияние лесорастительных условий на выбор технологического процесса рубок 78
Выводы 81
3. Исследования вероятности первичного повреждения деревьев при несплошных рубках механизированной системой машин 85
3.1. Влияние степени пересечения крон деревьев на вероятность первичных повреждений при валке 86
3.2. Математическая модель вероятности беспрепятственной валки деревьев в секторе бензиномоторными пилами 96
3.3. Статистические модели рисков повреждения деревьев в результате отклонения от заданного направления валки 102
3.4. Математические модели перемещения лесоматериалов к месту формирования трелевочных пакетов 109
3.5. Теоретическое обоснование параметров пасеки 124
Выводы 134
4. Исследования вероятности первичного повреждения компонентов леса при несплошных рубках ЛЗМ 137
4.1. Методика расчета ширины пасеки с обеспечением досягаемости деревьев 137
4.2. Методика расчета ширины пасеки с обеспечением доступности и вероятности выноса дерева 143
4.3. Обоснование параметров пасеки разрабатываемой ВСРМ с грузонесущим манипулятором 158
4.4. Работа ЛЗМ под пологом древостоя. Доступность деревьев отведенных в рубку и вероятность повреждения деревьев оставляемых на доращивание 168
4.5. Методика определения напряжений и деформаций в поперечном сечении многослойного хворостяного настила трелевочного волока 171
Выводы 186
5. Экспериментальные исследования технологических процессов 190
5.1. Исследования методом имитационного моделирования 190
5.1.1. Моделирование лесосеки и ее элементов 190
5.1.2. Моделирование насаждения и параметров деревьев 197
5.1.3. Моделирование работы ЛЗМ 199
5.1.4. Модель непрямолинейного перемещения ЛЗМ 203
5.1.5. Исследование перемещения фланговой ЛЗМ в процессе набора пачки 209
5.1.6. Оптимизация вылета манипулятора ЛЗМ, оснащенной ЗСУ с накопителем 215
5.2. Экспериментальное исследование харвестеров и форвардеров в производственных условиях 220
5.2.1. Методика исследований работы харвестера и форвардера 220
5.2.2. Исследование структуры рабочего времени и рабочего цикла харвестера 222
5.2.3. Исследование структуры рабочего времени и рабочего цикла форвардера 227
Выводы 233
6. Экономико-математическая оценка рисков при выполнении рубок
6.1. Идентификация риска 235
6.2. Экономико-математические модели оценки технологических процессов системы «рубка леса — лесовосстановление»
Выводы 247
Основные результаты и рекомендации 249
Библиографический список
- Системы машин для выполнения лесосечных работ
- Выбор технологического процесса лесосечных работ по экологическим, социальным и экономическим группам критериев
- Математическая модель вероятности беспрепятственной валки деревьев в секторе бензиномоторными пилами
- Обоснование параметров пасеки разрабатываемой ВСРМ с грузонесущим манипулятором
Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях в обществе коренным образом меняется отношение общественности и государственных структур к ведению лесного хозяйства и лесозаготовок. Приоритетным требованием становится обеспечение бережного отношения к лесу, не только как источнику возобновимых сырьевых ресурсов, но и источнику чистого воздуха и воды, месту проведения досуга. В результате возникает необходимость более строгого отбора технологических процессов лесопользования на основе их широкой комплексной оценки, учитывающей не только возможность эффективного использования всех ресурсов леса, но и интересы будущих поколений.
Лесозаготовительный процесс определяется видом и способом рубки, машинами и оборудованием, используемыми для реализации рубки, технологией рубки.
Растущее многообразие машин и механизмов, применяемых для реализации систем рубок главного и промежуточного пользования, позволяет реализовать на практике все большее количество технологических процессов рубок, как при рубках главного пользования, так и при рубках ухода. Причем, наряду с четырьмя известными типами технологических процессов лесосечных работ при вывозке деревьев, хлыстов, сортиментов и измельченной древесины, добавился - пятый предусматривающий вывозку пиломатериалов. Возросшее число операций, составляющих технологические процессы лесосечных работ, а также машин и оборудования для их реализации, возможная последовательность и место выполнения операций ставят задачу разработки теоретического обоснования технологий рубок с сохранением лесной среды. Технологические процессы рубок промежуточного и главного пользования, ориентированные на вывозку лесоматериалов высокой степени переработки (сортименты и пиломатериалы), оказывают особое воздействие на лесную экосистему и при несоответствии способу рубок или лесорастительным условиям могут вызывать отрицательные явления в результате повреждения элементов леса. При проведении рубок ухода возможно снижение лесоводственного результата, а при рубках главного пользования - ухудшение качества выращиваемой древесины, снижение приростов (несплошные рубки), увеличение сроков лесовосстановления, ухудшение породного состава в результате уничтожения подроста и повреждения почвы (сплошные рубки).
Поэтому формирование системы лесопользования должно быть обосновано современными методами исследования операций, технологических процессов и способов рубок, изучением и обобщением опыта эксплуатации машин и оборудования, с учетом возможного повреждения элементов леса. При этом необходимо учитывать специфику и современное состояние лесного фонда Уральского региона, обусловленное длительной его эксплуатацией, а также высокой антропогенной нагрузкой.
Учитывая роль и значение технологических процессов рубки леса в системе природопользования, повышение эффективности лесозаготовок с обоснованием рациональных технологий лесопользования с учетом лесорастительных условий является актуальным.
Цель исследования. Основной целью исследования является теоретическое обоснование технологий рубок главного и промежуточного пользований, с сохранением лесной среды в условиях Уральского региона, которые позволят повысить эффективность рубок.
Объектом исследования являются рубки леса главного и промежуточного пользования и в частности система «технология лесосечных работ - лесная среда».
Предметом исследования являются производственные, социальные и экологические параметры системы лесосечных работ, риски повреждения элементов леса в процессе рубок.
Методы исследования. Теория вероятности, теория нечетких множеств, системный анализ, элементы риск - анализа, математическое и имитационное моделирование, эксперименты на имитационных моделях, регрессионный анализ, оптимизация, а также натурные экспериментальные исследования (пассивные эксперименты) с выполнением фотохронометражных наблюдений.
Научная новизна работы.
Выполнено обоснование способов:
- рубки в защитных насаждениях, обеспечивающие обновление насаждений при сохранении ими защитных функций и эффективную прижизненную эксплуатацию;
- рубки переформирования березовых насаждений в елово-пихтовые в условиях целевого ведения лесного хозяйства на производство фанерного кряжа;
Разработаны математические модели:
- беспрепятственной валки дерева бензиномоторной пилой и прогнозирования повреждения деревьев при несплошных рубках с целью обеспечения сохранения оставляемой части древостоя и других элементов леса;
- прогнозирования повреждения компонентов насаждения в процессе перемещения лесоматериалов на волок;
- прогнозирования повреждения оставляемых деревьев при несплошных рубках манипуляторной ЛЗМ.
Разработана математическая модель и алгоритм непрямолинейного перемещения машины при сплошных рубках, обеспечивающие разработку ленты максимальной ширины.
Разработаны методики:- расчета ширины ленты, разрабатываемой ЛЗМ с учетом досягаемости и доступности деревьев, отведенных в рубку;
- расчета параметров ленты, разрабатываемой ВСРМ, при несплошных рубках с максимальным сохранением оставляемых деревьев от повреждений;
- расчета толщины хворостяного настила трелевочного волока, обеспечивающего уменьшение степени деформации проезжей части волока до заданного уровня;
Обоснована система ограничений при выборе технологических процессов рубок для Уральского региона на зонально-типологической основе, с целью минимизации до приемлемого уровня возможных повреждений компонентов леса.
Обобщены подходы к оценке технологических процессов лесозаготовок на основе системного анализа. Предложена методика выбора технологического процесса с использованием экологических, социальных и экономических критериев.
Основные научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту.
1. Принцип выбора технологических процессов рубок для Уральского региона по экологическим, социальным и экономическим критериям, на зонально-типологической основе с использованием критериев допустимости и предпочтительности.
2. Способ разработки лесосеки при несплошных рубках в защитных насаждениях, обеспечивающий обновление насаждений, сохранение ими защитных функций и эффективную прижизненную эксплуатацию;
3. Способ рубки переформирования березовых насаждений в елово- пихтовые в условиях целевого ведения лесного хозяйства на производство фанерного кряжа;
4. Математическая модель беспрепятственной валки дерева бензиномоторной пилой и прогнозирования повреждения деревьев при несплошных рубках, обеспечивающая сохранение оставляемой части древостоя;
5. Математическая модель прогнозирования повреждения компонентов насаждения при перемещении лесоматериалов на волок;
6. Методика обоснования и параметры ленты, разрабатываемой валочно-сучкорезно-раскряжевочной машиной при несплошных рубках, с максимальным сохранением оставляемых деревьев от повреждений;
7. Способ разрубки фланговой ЛЗМ первой ленты леса, а также математическая модель и алгоритм непрямолинейного перемещения машины при сплошных рубках, обеспечивающие разработку ленты максимальной ширины;
8. Методика расчета толщины хворостяного настила трелевочного волока, обеспечивающего уменьшение степени деформации проезжей части волока до заданного уровня.
Практическая значимость работы. Результаты исследования позволяют:
осуществлять выбор технологических процессов лесозаготовок для конкретных условий по социальным, экологическим и экономическим критериям;
прогнозировать вероятность повреждения оставляемых на доращивание деревьев и сохранность подроста при реализации заданной технологии рубок;
осуществлять выбор оборудования и необходимую квалификацию исполнителей для выборочной валки деревьев с заданными технологическими параметрами;
снизить степень повреждения элементов древостоя при несплошных рубках в процессе перемещения лесоматериалов на волок выбором оборудования, реализующего различные способы захвата и перемещения лесоматериалов;
осуществлять подбор лесосечного фонда для фланговых узкозахватных ЛЗМ в целях их эффективной эксплуатации;
на этапе проектирования ЛЗМ оптимизировать вылет манипуляторов для работы в конкретных природопроизводственных условиях. Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при подготовке следующих нормативных документов:
Временные рекомендации по рубкам главного и промежуточного пользования в лесах Урала с применением многооперационных колесных машин и сортиментной технологии (для опытно производственной проверки);
Рекомендации по рубкам главного и промежуточного пользования в лесах Урала и Западной Сибири с заготовкой сортиментов многооперационными машинами (для опытно-производственной проверки);
Рекомендации по рубкам главного и промежуточного пользования (в развитие и дополнение действующих наставлений).
Нормативные документы и результаты диссертационной работы, реализованные в них, были внедрены в ряде предприятий Уральского региона и в том числе в ЗАО «Фанком».
Результаты работы внедрены в учебный процесс путем издания учебного пособия и методических рекомендаций по дисциплинам «Технология лесосечных работ» и «Экологические проблемы в лесопромышленном производстве», а также при выполнении курсовых и дипломных проектов по специальности «Лесоинженерное дело».
Апробация. Основные положения и результаты исследований были доложены и обсуждались на:
- ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Уральского государственного лесотехнического университета (УЛТИ, УГЛТА, УГЛТУ) в 1988-2003 гг.;
- ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и сотрудников Марийского государственного технического университета в 2002-2003 гг.
- международной научно-технической конференции «Леса Европейского региона - устойчивое управление и развитие» в 2002 г. (г. Минск);
- IV Межрегиональной выставке - ярмарке «Лесной комплекс» в 2002 (г. Екатеринбург)
- заседании секции УМО по специальности 2601 в сентябре 2003г. (Москва, МГУ Л)
Публикации. Основное содержание работы и результаты выполненных исследований опубликованы в монографии, 2 учебных пособиях, 2 авторских свидетельствах, 3 брошюрах и 30 научных статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и заключения, списка использованных источников литературы и трех приложений. Содержание работы изложено на 270 страницах машинописного текста, иллюстрировано 61 рисунком и 52 таблицами. Список литературы включает 176 наименований. Приложения содержат 39 стр., 2 авторских свидетельства, 3 справки о внедрении, 13 таблиц.
Системы машин для выполнения лесосечных работ
В зависимости от состава выделяют следующие системы лесосечных машин: - механизированная система машин на базе бензиномоторных пил и трелевочных тракторов с чокерным оборудованием; - машинная система однооперационных и многооперационных технологических и транспортных машин; - комбинированная система одно- и многооперационных технологических машин и моторных инструментов.
По виду рубок выполняемых системой машин выделяют: - системы машин для выполнения рубок ухода в молодняках (осветление, прочистка); - системы машин для выполнения рубок ухода в средневозрастных и приспевающих насаждениях (прореживание, проходные рубки); - системы машин для выполнения рубок в спелых и перестойных насаждениях (сплошные, постепенные и выборочные рубки).
Ширнин Ю.А., Пошарников Ф.В. (2001) при классификации систем лесосечных машин в их индекс закладывают информацию о виде лесоматериалов в процессе трелевки, вывозки и отгрузки. Индекс при этом содержит три цифровые группы, каждая из которых несет соответственно информацию о виде трелюемой, вывозимой и отгружаемой древесины, а также буквенный индекс отражающий механизированный (MX), машинный (М) и комбинированный (К) варианты.
На рубках ухода в молодняках используются механизированные системы машин. В этом случае с помощью моторного инструмента (сучкорезок или бензиномоторных пил) производится срезание деревьев, а при необходимости обрезка сучьев и раскряжевка. При наличии сбыта древесина подтрелевывается вручную или малогабаритными ле 24 бедками к волокам для дальнейшей трелевки с помощью трелевочного трактора.
Механизированные системы машин на рубках ухода в средневозрастных древостоях включают в себя моторные пилы, трелевочные тракторы с чекерным оборудованием или с манипулятором (Кусакин Н.Ф. и др., 1981; Проворотов Ю.И., 1982). Кроме того, могут также использоваться лебедки для подтрелевки древесины к волоку. Для очистки деревьев от сучьев используются сучкорезно-раскряжевочные и раскряжевочные машины.
Меньшее распространение при работе в средневозрастных насаждениях находят машинизированные системы машин. Хотя и существует значительное разнообразие их типов, фронтальные и круговые, с рычажным технологическим оборудованием и манипуляторные, которые могут иметь манипуляторы различной конструкции, иметь захватно-срезающее (ЗСУ) устройство с накопителем. Срезающие механизмы могут осуществлять как спиливание, так и срезание дерева ножами силового резания. Появление манипуляторных ЛЗМ, работающих в рамках организованного насаждения, и расчеты допустимых максимальных вылетов манипулятора привели к определению понятия доступности дерева отведенного в рубку, которое понималось как максимальное расстояние от технологического коридора до подлежащего вырубке дерева (Ие-винь И.К., Розинь Т.Я., 1974).
За рубежом при рубках в средневозрастных насаждениях используются малогабаритные технологические и транспортные машины для работы под пологом леса. С их помощью осуществляется валка при необходимости обрезка сучьев и раскряжевка, а также перемещение лесоматериалов к волоку. Их работа в принципе отлична от работы манипуляторных машин перемещающихся только по волокам или в пределах технологических коридоров в рамках «организованного насаждения». Доступность или возможность заготовки деревьев отведенных в рубку и перемещения лесоматериалов к волоку определяется расстоянием между оставляемыми деревьями обеспечивающим возможность прохода машины (Савельев А.П., 1989)
Более широкое распространение получили машинные системы при выполнении рубок главного пользования: сплошных. Выборочных и постепенных рубок. Машинные системы исключают ручной труд на лесосечных работах, значительно повышая его уровень комфортабельности и безопасности.
Специфические природные условия и исторические условия развития лесного машиностроения предопределили создание вал очных (ВМ), валочно-пакетирующих (ВПМ), и валочно-трелевочных машин (ВТМ) (Немцов В.П. и др., 1979).
Широкое распространение в лесной промышленности нашли ВПМ ЛП-19. Однако в насаждениях с малым запасом древесины и незначительным средним объемом ствола, объем пачек формируемых машиной составляет 1,4-2,8 м (Вороницин К.И. и др., 1977; Меньшиков В.Н., 1976). Такие объемы пачек недостаточны для полной загрузки трелевочной машины, а набор полногрузных пачек с нескольких рабочих позиций ведет к резкому увеличению времени набора пачки, а следовательно продолжительность трелевки. Трелевка же пачек малого объема на повышенных скоростях является менее предпочтительной по сравнению с трелевкой пачек максимально допустимого объема на малых скоростях (Гладков Е.Г., 1972; Прохоров В.Б. 1978). Таким образом, отсутствие накопительного устройства не позволяет во многих случаях эффективно применять ВПМ. Силуковым Ю.Д. предложена и обоснована теория единого транспортного пакета, предусматривающая работу ВПМ с укладкой заготовленных деревьев на перемещаемые ими прицепы.
Выбор технологического процесса лесосечных работ по экологическим, социальным и экономическим группам критериев
Критерии, по которым можно современными методами оценить сложную систему, должны отражать противоречивые стремления, получить как можно больше качественной продукции с наименьшими затратами для производителя и рисками для общества. В качестве рисков для общества здесь рассматривают в первую очередь возможные социальные и экологические последствия. Для оценки функционирования системы лесопользования все мероприятия в области лесозаготовок и воспроизводства лесов рассматриваются как определенный компромисс в достижении социальных, экологических и экономических целей, а их оценка соответственно, по трем группам критериев - социальным, экологическим и экономическим.
Отклонение от параметров управления, обеспечивающих устойчивое состояние системы, может привести к возникновению аварий, техногенных или природных катастроф и связанным с этим ущербом (социальным, эко логическим, экономическим). Такие возможные результаты управления называют риском. Количественная мера риска может быть интерпретирована как математическое ожидание величины ущерба. При этом ущерб возможен не только в случае катастроф, но и при отклонении функционирования системы от оптимальных параметров. Причем степень отклонения параметров функционирования системы будет определять величину ущерба, определяемого как количество неполученных социальных, экологических и экономических эффектов. Выбор стратегии эффективности управления обеспечивается: - установлением нижнего допустимого и верхнего желаемого уровней безопасности с учетом экологических, социальных и экономических факторов; - последовательное снижение уровней риска.
С учетом изложенного выбор технологического процесса лесосечных работ и параметров его функционирования осуществляется поэтапным отбором по каждой из трех групп критериев эффективности
Каждая из групп критериев, используемых при отборе технологии лесосечных работ, включает в себя ограничения определяющие допустимость технологии на данном этапе развития общества и критерии ее предпочтительности. В качестве примера рассмотрим выбор технологий лесосечных работ по группе экологических критериев (рисунок 2.3).
Экологическая допустимость технологических процессов лесосечных работ определяется пороговым значением того или иного фактора и устанавливается правилами рубок и другими нормативными актами, ограничивающими возраст рубки, площадь лесосеки, степень изреживания древостоя и другие организационно-технические параметры лесосек. Кроме того, ограничивается степень повреждения деревьев оставляемых на доращивание при несплошных видах рубок и сохранность подроста хозяйственно ценных пород, а также степень минерализации поверхности почвы на лесосеке и степень колееобразования на волоках. Для оценки экологической эффективности технологических процессов лесосечных работ могут быть использованы критерии, разработанные для определения экологической допустимости при значении ниже уровня допустимости. Кроме того могут использоваться такие критерии характеризующие систему машин, например: минимум энергетических затрат на единицу продукции и материалоемкости системы машин. В качестве критерия эколого-экономической эффективности может применяться углерододепонирующая и кислородопродуцирую-щая способность насаждений формируемых в процессе рубок, а также совокупные затраты на комплекса работ «лесозаготови — лесовосстановление» приходящейся на единицу заготовляемой древесины. Таким образом, отбор допустимых технологий по экологической группе критериев позволяет отсеять недопустимые и ранжировать оставшиеся по степени экологической предпочтительности.
Математическая модель вероятности беспрепятственной валки деревьев в секторе бензиномоторными пилами
При селективном изреживании и валке деревьев бензиномоторными пилами на несплошных рубках вероятность повреждения деревьев, оставляемых на доращивание, в результате соударения с падающим деревом, а также возможность валки назначенных в рубку деревьев определяется степенью изреживания древостоя, точностью валки и таксационными характеристиками древостоя. Для беспрепятственной валки дерева в заданном направлении, без повреждения оставляемых на доращивание деревьев необходим достаточный просвет (площадка) между стоящими деревьями, который определяется размерами дерева подлежащего валке: высотой и шириной его кроны. Наличие необходимого для валки деревьев просвета определяется в первую очередь исходной густотой и степенью изреживания древостоя при рубке. Вероятность беспрепятственного повала дерева, при условии пуассоновского распределения числа деревьев на малых площадях (Сотонин С.Н., 1986) составит Р = е Sj (3.4) где h - высота дерева, м; bd - просвет необходимый для беспрепятственного повала дерева, м; Sd - площадь роста одного дерева, м2/дер.
Вероятность беспрепятственной валки деревьев, рассчитанная по формуле 3.4, учитывает только одно направление. На практике направлений валки может быть несколько. Расчетная схема для определения вероятности беспрепятственной валки дерева в трех направлениях в некотором секторе ср представлена на рисунке 3.5.
Валка дерева в каждом из рассматриваемых направлений возможна только в случае отсутствия мешающих деревьев. С учетом необходимости отсутствия деревьев на площадках (рисунок 3.5) и независимости этих событий вероятность беспрепятственного повала в каждом из направлений запишется следующим образом: Р(а) = Р{АВС)Р{АВ)Р{А); Г (3-5) Р(Ь) = Р(АВС)Р(АВ)Р(ВС)Р(В); Р(с) = Р(АВС)Р(ВС)Р(С).
Событие, заключается в возможности беспрепятственной валки дерева хотя бы в одном из направлений. Однако вероятность повала дерева в нескольких направлениях, являющаяся условной, ограничивается необходимостью отсутствия мешающих деревьев на перекрывающихся при этом площадках.
С учетом изложенного полная вероятность беспрепятственного повала дерева в двух направлениях составит P(ab) = Р(АВ)[\ - (1 - ф)Х1 - Р{В))}. (3.6)
Рассмотрение большего числа возможных направлений валки в заданном секторе соответственно увеличит и вероятность беспрепятственной валки дерева в этом секторе. Для трех и четырех направлений валки вероятность беспрепятственного повала дерева хотя бы в одном направлении соответственно составит: (3.8) где - / - размер площадки / - кратного перекрытия, (/=1,2,..., ) j - число рассматриваемых направлений валки, (j = 1,2, ..., п ) Размер площадки п - кратного перекрытия при прочих равных условиях определяется величиной сектора валки ( р). bd Для сектора валки дерева р —, размер площадки п кратного перекрытия п (3.9) при всех рассматриваемых направлениях валки составит Sn = h{bd Зависимость вероятности беспрепятственной валки дерева, от числа рассматриваемых возможных направлений валки, в секторе 0,196 и 0,463 радиана (11 и 26 градусов) при bd = 5м, /г=20м и Sd = 30м2 представлена на рисунке 3.6.
При увеличении числа возможных направлений валки в секторе полная вероятность беспрепятственного повала увеличивается, приближаясь к вероятности отсутствия мешающих деревьев на площадке п кратного перекрытия. При угле 0,02 радиана для рассматриваемых смежных направлений валки в секторе 0,196 и угле 0,018 радиана в секторе 0,463 радиана, полная вероятность беспрепятственного повала дерева составляет не менее 90% предела функции, которая при п - со примет вид:
Обоснование параметров пасеки разрабатываемой ВСРМ с грузонесущим манипулятором
Соударение деревьев в процессе валки и соответственно повреждение деревьев оставляемых на доращивание событие противоположное беспрепятственной валке и его вероятность составит
График характеризует вероятность ошмыга кроны дерева оставляемого на доращивание в результате валки дерева с полупасеки вершиной на волок (позиция а на рисунке ЗЛО). График вероятности повреждения ствола дерева, оставляемого на доращивание, характеризует вероятность лобового соударения деревьев (соударения стволами) в результате валки дерева с полупасеки вершиной на волок. Диапазон вероятностей заключенный на рисунке между графиками а и б, отражает возможную степень повреждения кроны дерева от минимального - при пересечении 10% диаметра кроны, до максимального - при пересечении 50% крон деревьев (соударения стволов). Риск повреждения ствола дерева оставляемого на доращивание соударением со стволом вырубаемого дерева при его валке (позиция б рисунка 4.6) составляет при этом не более 2%. X, м 15 Рисунок 3.10- График зависимости вероятности повреждения деревьев оставляемых на доращивание от расстояния между деревом и границей волока; а — ошмыга кроны, б - повреждения ствола
Отклонение дерева от заданного направления валки не увеличивает вероятность соударения деревьев в сравнении с валкой без отклонения в произвольно выбранном направлении. Рассчитанная по формуле 4.1 вероятность беспрепятственной валки дерева не учитывает возможное, в силу разных причин, отклонение от заданного направления валки, которое увеличивает вероятность повреждения оставляемых на доращивание деревьев при прочих равных условиях. Отклонение направления валки дерева на угол Р от заданного приводит к увеличению ширины просвета требуемого для беспрепятственного повала дерева на величину
При наличии просвета достаточного для беспрепятственной валки вероятность соударения определится отклонением от заданного направления валки и составит
Приведенная на рисунке 3.11 зависимость вероятности соударения деревьев с пересечением не менее 10% их крон при отклонении вырубаемого дерева от заданного направления соответствует ситуации валки дерева в имеющийся просвет. Вероятность соударения рассчитывается при этом как вероятность однократного события и его максимальное значение составляет величину соответствующую однократной вероятности соударения при валке в заданном направлении.
Увеличение вероятности соударения в результате отклонения дерева от заданного направления валки до 90% вероятности при валке в заданном направлении составляет для соударения стволами - 3 , а для 10% пересечения крон деревьев - 12.
Вероятность соударения деревьев в результате отклонения дерева от заданного направления валки: а — с пересечением 10% кроны; 6-е соударением стволов
Экспериментально точность валки бензиномоторными пилами была исследована на соревновании вальщиков Свердловской области в 2002-2003 годах.
Распределение отклонения падения дерева от заданного направления валки может быть представлено стандартной записью нормального закона распределения і (/М2 f{/3h—fT=e lal . (3.14) где (7 - среднеквадратическое отклонение случайной величины, а - математическое ожидание угла отклонения повала дерева. Гистограмма распределения частоты отклонений от заданного направления валки приведена на рисунке 4.8.
