Реферат: Перспективное направление исследований экологической совместимости лесозаготовительных машин с лесной средой хахина А. М

ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН С ЛЕСНОЙ СРЕДОЙ


Хахина А.М.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова


Почва - это гетерогенная многофазная дисперсная система с определенными верхней (как правило, - это дневная поверхность) и нижней (на границе с подстилающей породой) границами, обладающая свойствами аккумулировать и выделять, проводить и трансформировать вещества и энергию [1, c. 1044]. Важнейшим свойством почвы для биосферы всей планеты является ее плодородие – совокупность свойств почвы (содержание гумуса, доступных для растений питательных веществ, влаги и др.) обеспечивающая рост и развитие растений. Различают потенциальное (естественное) и искусственное плодородие (приобретенное после воздействия человека) [1, c. 1011]. Понятно, что для лесной среды, являющейся самой производительной на планете биологической системой [2], почвенное плодородие является первостепенным фактором, влияющим на успешность ее развития, как в пространстве, так и во времени «сукцессия».

Одним из основных факторов, влияющих на почвенное плодородие являются физические свойства почвы [3]. Физические свойства почвы разделяются на основные (плотность, пористость, пластичность, липкость, связность, твердость, спелость) и функциональные (водные, воздушные и тепловые) [4]. К последним относят способность поглощать (впитывать) выпадающие осадки или оросительную воду, пропускать, сохранять или удерживать ее, подавать из глубоких горизонтов к поверхности, снабжать ею растения и т.д. Вода значительно изменяет физические, химические, тепловые и воздушные свойства почвы.

Физические свойства почвы, тесно связанные с другими ее свойствами, изменяются в соответствии с ходом почвообразования, а с изменением свойств изменяется и почвообразование [5].

Авторами [6] установлено, что после сплошной рубки леса происходят три различных вида уплотнений: физическое, вторичное и экологическое. Первые два вида уплотнения почвы происходят в колее. Физическое уплотнение – одномоментное, происходит во время непосредственного воздействия машин. Оно распространяется на глубину до 40 50 см и в стороны от волока до 20 40 см.

Вторичное уплотнение происходит в колее в течение длительного (14-16 лет) периода, а естественное разуплотнение почв в колее длиться около 50 лет. Экологическое уплотнение происходит в пасеке. Оно связано с удалением лесного полога, и не зависит от технологии заготовки и машин. Период разуплотнения почв в пасеке длится 25…30 лет.

Автором [7] доказано, что при воздействии движителя трактора на почвогрунт он уплотняется не только под движителем, но и в боковых полосах от волока. Установлена связь между транспортной нагруженностью волоков и годичным приростом деревьев оставляемых на доращивание в боковых полосах от волока. Автор приводит наглядные графические материалы взаимосвязи транспортной нагруженности с уплотнением боковых полос трелевочного волока и последующим приростом оставленных деревьев ели (рис. 1).

а)



б)



Рис. 1. Графическая интерпретация экспериментальных данных [7]:

а) изменение плотности почвы в боковых полосах трелевочного волока от числа двойных проходов трелевочной системы; б) влияние транспортной нагруженности участков трелевочного волока на рост оставляемых на доращивание деревьев в боковых полосах, примыкающих к трелевочному волоку: 1 – экспериментальные данные; 2 – линия тренда


Из рис. 1. б наглядно видно, что на участках со значительной транспортной нагруженностью годичный прирост деревьев ели падает почти в два раза, по сравнению с контролем. Однако, на наш взгляд, автор [7] не учел того, что наибольшая транспортная нагруженность приходится на места пасечных трелевочных волоков примыкающих к магистральному волоку, то есть там, где трактор совершает больше всего маневров, под наибольшими углами.

В работе [8] указано, что до 70% времени движения трелевочного трактора по волоку приходится на движение в режиме поворота. Очень основательные исследования взаимодействия колесного трелевочного трактора и трелевочной системы на его базе выполнены проф. А.М. Кочневым, результаты которых обобщены в работе [9]. В ней, в частности, представлены модели системы «колесный трелевочный трактор – пачка древесины   волок» [9, c. 370 376].

В этой же работе даны следующие операциональные определения:

Управляемость – способность трелевочной системы, управляемой оператором, исполнять сигнал управления с необходимой точностью и быстродействием при минимальном уровне психомоторных затрат со стороны оператор для обеспечения заданного режима движения.

Устойчивость заданного направления движения – способность трелевочной системы противостоять действию внешних возмущающих сил.

Курсовая устойчивость – способность трелевочной системы, управляемой оператором, сохранять заданное направление движения при воздействии на нее внешних возмущающих сил.

Собственная устойчивость – способность трелевочной системы, без участия оператора, противостоять действию внешних возмущающих сил.

В результате анализа указанных операциональных определений автор работы [9] делает вывод о том, что курсовая устойчивость трелевочной системы зависит от многочисленных факторов, включая состояние оператора, конструктивные параметры, изменения внешних возмущающих воздействий, свойств предмета труда и др.

Результаты работы [9] во многом базируются на работах отечественных и зарубежных ученых – предшественников, рассматривавших управляемость и курсовую устойчивость не только лесопромышленных тракторов, но автомобилей и тракторов сельскохозяйственного назначения [10 13].

В результате собственных исследований автора работы [9] обосновано влияние на устойчивость движения основных конструктивных параметров колесного трелевочного трактора, режимов его работы и условий эксплуатации, а также управляющего воздействия оператора. Однако, несмотря на фундаментальный характер работы [9] и весьма значительный объем выполненных в ней теоретических и экспериментальных исследований, автором не рассмотрены вопросы влияния движителя трактора на почву лесосеки в режиме поворота, а также вопросы маневрирования, связанные с технологической схемой разработки лесосеки, которая является определяющей для установления режимов работы трелевочных тракторов.

В частности, в качестве рекомендаций для повышения экологической совместимости системы «движитель колесного трелевочного трактора – лесная почва» автор рекомендует следующие направления на стадии проектирования: обеспечение равномерности нагрузок по осям трактора; улучшение управляемости и повышение устойчивости заданного направления его движения; снижение величины давления шины на грунт при сохранении ее высоки тягово-сцепных свойств; снижение уровня вертикальных и боковых колебаний трактора.

Отметим, что первая и вторая рекомендации напрямую связаны с особенностями технологии разработки каждой конкретной лесосеки, ее таксационными характеристиками, видом и способом рубки, расположением трелевочных волоков и т.д. К сожалению, эти особенности не нашли своего отражения ни в одном встреченном литературном источнике.

Значительный вклад в изучение вопроса о влиянии поворотов трелевочных тракторов и лесозаготовительных машин на их базе внес автор работы [14], однако, в этой работе, являющейся, безусловно, первой в области изучения влияния маневрирования лесных машин на почвогрунты лесосеки, не учтены вопросы режима вхождения трактора в поворот, иначе говоря, влияния динамики движителя в повороте на касательные уплотняющие усилия.

В настоящее время на лесозаготовительных предприятиях России наибольшее распространение имеют гусеничные трелевочные тракторы и машины на их базе. В гусеничном тракторе поворот обеспечивается тем, что механизм поворота создает различные скорости движения; гусеница, движущаяся с большой скоростью (забегающая гусеница), поворачивает трактор в сторону отстающей гусеницы. Простейший случай поворота гусеничного трактора принято рассматривать при следующих допущениях: поворот происходит на горизонтальном участке с равномерной угловой скоростью, центробежная сила отсутствует, центр тяжести трактора лежит на пересечении осей симметрии опорной поверхности трактора; давление на опорные поверхности гусениц распределено равномерно; сила тяги на крюке Ркр равна нулю. Однако, для трелевочного трактора, особенно в режиме грузового хода, при трелевке лесоматериалов в полупогруженном или полуподвешенном положении такие допущения являются неприемлемыми. Следовательно, можно утверждать, что уточнение модели поворота трелевочного трактора, с учетом влияния динамики движителя в повороте на лесные почвогрунты является перспективным направленим исследований экологической совместимости лесозаготовительных машин с лесной средой.


Библиографический список

Советский энциклопедический словарь. Под ред. А.М. Прохорова. М.: Изд-во «Советская энциклопедия». 1983. 1600 с.

Мелехов И.С. Лесоведение. М.: Ллесная промышленность. 1980. 405 с.

Плюснин И.И. Мелиоративное почвоведение. М.: Колос. 1971. 215 с.

Ковда В.А. Почвенный покров. Его улучшение, использование и охрана. М.: Наука, 1981. 250 с.

Калинин М.И. Истоки плодородия. Киев: Вища школа, 1986 г. 230 с.

Котиков В.М., Акинин Д.В. Технология и машины, обеспечивающие благоприятные условия для естественного лесовозобновления. // Лесопромышленный комплекс России XXI века. Тезисы докладов – С-Пб.: 2002. С. 190.

Рудов С.Е. Снижение отрицательного воздействия на почву трелевочных тракторов на выборочных рубках. Автореферат дис. ... канд. техн. наук - Петрозаводск, 2010. - 20 с.

Лесные машины / Под общей редакцией проф. Г.М. Анисимова. М.: Лесная промышленность, 1989. 512 с.

Кочнев А.М. Теория движения колесных трелевочных систем: -СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2007. -612 c.

Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. М.: Колос. 1970. 376с.

Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель / А.А. Хачатуров, В.Л. Афанасьев, В.С. Васильев и др.; под ред. А.А. Хачатурова. М.: Машиностроение. 1976. 535 с.

Чудаков Е.А. Теория автомобиля. М.: Машгиз. 1950. 344 с.

Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность – машина. М.: Машиностроение, 1973. 520 с.

Лепилин Д.В. Оценка влияния поворотов трелевочного трактора на уплотнение почвогрунтов лесосеки. Автореферат дис. ... канд. техн. наук - Петрозаводск, 2011. - 20 с.


^ PERSPECTIV DIRECTION OF RESEARCHES OF ECOLOGICAL COMPATIBILITY OF WOOD MACHINES WITH WOOD MEDIUM


Hahina A.M.

The St.-Petersburg state timber university of name С.М. Kirov


The purpose of work is the substantiation of a direction of evolution of scientific researches in the field of ecological compatibility of technics and production engineering лесосечных works with wood medium, by studying agency of dynamics of the propulsor of a tractor on tangential condensing affectings in ground.


Целью работы является обоснование направления развития научных исследований в области экологической совместимости техники и технологии лесосечных работ с лесной средой, путем изучения влияния динамики движителя трактора на касательные уплотняющие воздействия в почвах лесосек.