Оценка влияния поворотов трелевочного трактора на уплотнение почвогрунтов лесосеки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат технических наук Лепилин, Дмитрий Владимирович

• Лепилин, Дмитрий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лепилин, Дмитрий Владимирович

Введение

Глава 1. Состояние проблемы и задачи исследования

1.1. Основные понятия и определения

1.2. Технология лесозаготовительных производств

1.3. Трелевка лесоматериалов

1.4. Влияние технологии лесосечных работ на маневрирование 20 трелевочных тракторов

1.5. Влияние методики трассирования трелевочных волоков на ма- 31 неврирование трактора

1.6. Исследования управляемости и устойчивости заданного на- 34 правления движения трелевочных тракторов

1.7. Показатели и характеристики оценки почвогрунтов

1.8. Оценка воздействия лесозаготовительных машин на лесные 45 почвогрунты

1.9. Лесоводственные аспекты воздействия лесозаготовительных 54 машин на лесные почвогрунты

1.10. Выводы по главе

1.11. Задачи исследования 62 2. Математическое моделирование уплотнения почвогрунта в бо- 64 ковых полосах трелевочного волока с учетом изменчивости трассы движения

2.1 Постановка задачи

2.2. Составление математической модели влияния поворота дви- 69 жителя на уплотнение почвогрунта

2.3. Моделирование влияния пачки древесины на уплотнение поч- 83 вогрунта при повороте трелевочной системы

2.4. Выводы по главе

Глава 3. Методика и аппаратура экспериментальных исследований

3.1. Объекты, приборное обеспечение и условия проведения экспе- 89 риментальных исследований

3.2. Определение необходимого числа наблюдений и повторений 98 опыта

3.3. Выводы по главе

Глава 4. Результаты теоретических и экспериментальных исследо- 102 ваний

4.1 Подтверждение основных методических положений при 103 реализации математической модели циклического уплотнения грунта при возможном повороте трелевочной системы

4.2. Технологический анализ результатов исследования

4.3.Выводы по главе 4 115 5. Общие выводы и рекомендации 117 Литература 119 Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка влияния поворотов трелевочного трактора на уплотнение почвогрунтов лесосеки»

Актуальность темы. Сохранение плодородия лесных почв и улучшения их лесорастительных свойств является одним из магистральных направлений научно-технического прогресса в лесозаготовительном производстве. Негативное воздействие на лесные почвогрунты при разработке лесосек оказывают лесосечные машины и персонал. Под воздействием движителей лесосечных машин и древесины почва уплотняется, разрушается ее структура и, как следствие, снижается плодородие. В процессе ливневых дождей по колеям могут вымываться с одного гектара сотни кубометров плодородного слоя почвы. Считается, что восстановление почвен-ноп> покрова и плодородия почвы лесосеки произойдет через несколько десятилетий, а это резко снижает как экологический эффект, так и продуктивность лесов.

На развитие оставляемых на доращивание деревьев, и на всю экосистему в целом значительное влияние оказывают машины и технологические процессы лесосечных работ. Среди ведущих влияющих факторов можно отметить повреждения стволов оставляемых на корню деревьев, а также минерализацию и переуплотнение лесных почвогрунтов.

В Перечень Приоритетных направлений развития' науки, технологий и техники в Российской Федерации, утвержденного Президентом РФ 21 мая 2006 г. Пр-843, входит пункт «Рациональное природопользование», который имеет отношение и к экологической совместимости системы «трелевочная система — лесная почва».

Повсеместное применение сплошных концентрированных рубок за 70-летний период их проведения привело к существенному изменению структуры всего лесного фонда. В результате таких рубок на месте коренных еловых, сосновых и лиственничных лесов формируются новые менее производительные, преимущественно лиственные леса с участием хвойных пород. Значительно сократились площади спелых сосновых лесов, а лиственница становится реликтовой породой.

Наиболее интенсивное отрицательное воздействие на почво-грунты при разработке лесосек оказывают трелевочные системы (трактор с пачкой древесины). Доказано, что воздействие тракторной трелевки на поверхность вырубок может как ухудшать, так и улучшать ее лесорастительные свойства.

В сложной, многогранной проблеме взаимодействия движителей лесопромышленных тракторов с опорной поверхностью отсутствуют исследования влияния поворотов трелевочного трактора и трелевочной системы на уплотнение почвогрунта лесосекшв боковых полосах волока. •

Цель работы. Уменьшение экологического ущерба о г воздействия трелевочных систем на почву при разработке лесосек в различных почвен-но-грунтовых условиях исходя из требований устойчивого лесовозобновления.

Объект исследований. Почвогрунты лесосек в боковых полосах трелевочных волоков.

Предмет исследования. Процесс уплотнения почвогрунтов лесосек в боковых полосах трелевочных волоков под воздействием поворотов трелевочной системы.

Научная новизна. Разработанные и исследованные математические модели воздействия трелевочной системы на лесную почву, с учетом поворотов, позволяющие определять условия уплотнения, углубляют теорию взаимодействия лесозаготовительных машин с поверхностью движения.

Практическая значимость. Результаты исследования позволяют организационно-технологическими мероприятиями уменьшить экологический ущерб от воздействия трелевочных систем на почву и улучшить ее лесорастительные свойства.

Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена: применением методов математической статистики; проведением экспериментальных исследований в лабораторных условиях и подтвержденной адекватностью полученных моделей за счет хорошей сходимости экспериментальных и теоретических данных.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы. Общий объем работы 178 с. Диссертационная работа содержит 41 рисунок, 53 таблицы (включая 42 таблицы приложений). Список литературы содержит 174 источника.

Заключение диссертации по теме «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», Лепилин, Дмитрий Владимирович

5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ I

По результатам работы можно сделать следующие основные выводы и рекомендации: |

1. Результаты математического моделирования свидетельствуют о том, что угол поворота трелевочной системы оказывает существенное влияние на процесс циклического уплотнения грунта. При этом треI левка по мягким и податливым грунтам требует соответствующей корректировки размеров защитных- зон в соответствии с установленными линейными зависимостями. Возникающие в боковых полосах трелевочного волока касательные напряжения при повороте трелевочной системы даже до 15° достигают 10% и более от начального вертикального давления трактора на почву.

2. При повороте трелевочной системы на 0=25° на почвогрунтах низкой несущей способности величина относительного уплотнения поч-вогрунта боковой поверхности волока волочащейся комлевой частью пачки достигает рб= 1,33. Данноезначение соизмеримо со значением вертикального уплотнения р, после второго цикла прохода трелевочной системы.

3. При повороте трелевочной системы от 0 до 25° величина дополнительного уплотнения почвогрунта в боковых полосах трелевочного волока составляет не менее 15% от основного, что необходимо учитывать при принятии организационно-технологических решений по схеме разработки лесосеки исходя,из требований минимизации экологического ущерба.

4. Время нагружения почвогрунта боковых полос трелевочного волока от касательных напряжений, возникающих при углах поворота трелевочной системы' от 0 до 45°, соизмеримо, со временем разгрузки, 118

1 ! I что позволяет производить оценку |влияния цикличности нагружения на уплотнение почвогрунта лесосеки от поворотов трелевочного I трактора. |

5. Сравнительный анализ экспериментальных и теоретических данных 1 показал, что расхождение опытных и расчетных данных не превышает 10%. Таким образом, выполненные лабораторные исследования I подтверждают основные методические положения при реализации 1 математической модели циклического уплотнения грунта при возI можном повороте трелевочной системы и формировании при этом дополнительных касательных напряжений, усиливающих эффект уплотнения грунта в зоне, непосредственно прилегающей к трассе волока.

6. При составлении технологической карты на разработку лесосеки следует учитывать, что места частых поворотов трелевочного трактора, например, места примыкания пасечных волоков к магистральному, следует по возможности отделять от мест куртинного расположения подроста главных пород и оставляемых на доращивание деревьев, особенно с поверхностной корневой системой, не менее чем на 3 метра.

7. При больших запасах леса на пасеке наиболее предпочтительными будут схемы разработки лесосек уменьшающие необходимое число поворотов трактора или лесозаготовительной машины, например, I схема с широким фронтом отгрузки, или с трелевкой на два уса лесовозной дороги. i