автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование технологических процессов эксплуатации каналов гидролесомелиоративных систем

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА Л О ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ■ ^ ГИДРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ.

1.1. Основные задачи и особенности технической эксплуатации гидролесомелиоративных систем.

1.2. Технологии проведения работ.

1.3. Машины для технической эксплуатации гидролесомелиоративных систем.

1.4. Методики диагностики повреждения мелиоративных каналов.

1.5. Анализ исследований по процессам заиления мелиоративных каналов.

1.6. Выводы.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЗАИЛЕНИЯ ОСУШИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ ГИДРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ.

2.1. Построение модели процесса заиления осушительных каналов.

2.2. Установление закона распределения отказов в работе осушительных каналов.

2.2.1. Показатели надежности гидролесомелиоративных систем.

2.2.2. Единичные показатели надежности.

2.2.3. Комплексные показатели надежности.

2.2.4. Распределение отказов каналов-осушителей и устранение их проведением профилактических ремонтов.

2.2.5. Распределение отказов каналов-осушителей и устранение их проведением текущих ремонтов.

2.2.6. Распределение отказов каналов-осушителей и устранение их проведением капитальных ремонтов.

2.3. Обоснование межремонтных сроков для осушительных каналов.

2.3.1. Профилактический ремонт.

2.3.2. Текущий ремонт.

2.3.3. Капитальный ремонт.

2.4. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЭКСПЛУАТАЦИИ ОСУШИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ ГИДРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ.

3.1. Организация проведения работ по технической эксплуатации каналов гидролесомелиоративных систем.

3.2. Модели технологического процесса эксплуатации каналов гидролесомелиоративных систем по однородным стратегиям.

3.3. Модели технологического процесса эксплуатации каналов гидролесомелиоративных систем по неоднородным стратегиям.

3.4. Выводы.

4. УСТАНОВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЭКСПЛУАТАЦИИ ОСУШИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ ГИДРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ.

4.1. Постановка задачи оптимизации стратегий проведения работ по технической эксплуатации каналов.

4.2. Оптимизация стратегий выполнения работ по технической эксплуатации каналов гидролесомелиоративных систем методом стохастического динамического

4.3. программирования.116 ^

Федеральная собственность лесных угодий, в том числе и создаваемых на мелиорируемых землях (гидролесомелиоративные фонды), возлагает заботу его рационального использования и воспроизводства на государство. Это подтверждается нормативными актами и др. правительственными документами, в том числе Федеральным законом «О мелиорации земель» /1/ и «Лесного кодекса Российской Федерации» 121, подписанного в 1997 г. Президентом страны Б.Н.Ельциным.

В лесном фонде России более 200 млн. га (свыше 20 % общей площади) приходится на избыточно увлажненные, заболоченные леса и болота. В этих условиях повышение продуктивности лесов вынуждает в таких районах применять экстенсивные формы ведения хозяйства, т.е. проведение гидролесомелиорации. Благодаря этому мероприятию заметно возрастает прирост древесины, улучшается ее товарная структура, расширяется за счет облесения болот покрытая лесом площадь, создаются условия для увеличения побочного пользования и лесоотпус-ка и, в частности, для поддержания последнего на оптимальном уровне в хозяйствах с истощенной лесосырьевой базой на суходолах. Помимо этого, гидролесомелиорация оказывает благоприятное влияние на климат, водный режим рек, условия жизни и труда многих людей. Поэтому гидролесомелиорации придается решающая роль в повышении эффективности ведения лесного хозяйства в условиях переувлажненных земель.

Мелиорацией лесных земель за истекшие два века в России охвачено около 6 млн. га. Крупные массивы высокопроизводительных лесов с запасами до 400 м.куб/га на землях, осушенных 20-80 лет тому назад, имеются во многих ее районах. Немалая часть таких лесов уже вырублена. Получен существенный экономический эффект. Накоплен богатый опыт проектирования, строительства и эксплуатации осушительных систем, ведения хозяйства на осушаемых землях и охраны природной среды в связи с гидролесомелиорацией /3/.

В настоящее время новое лесоосушение в Российской Федерации практически не проводится. Многие лесоосушительные системы либо вышли из строя, либо находятся в неудовлетворительном состоянии. Сведены к минимуму объемы капитального ремонта и реконструкции лесоосушительных систем. Растут площади, нуждающиеся в проведении всех видов ухода и ремонта на каналах осушительной сети. Часть ранее осушенных земель вторично заболотилась и этот процесс продолжается. Создавшаяся проблема объясняется, в основном, экономическими причинами, а также недостаточной разработкой теории технической эксплуатации лесоосушительных систем.

Таким образом, тема, связанная с развитием вопросов технической эксплуатации лесоосушительных систем на основе применения специализированных гидролесомелиоративных машин, позволит обеспечить выбор наиболее эффективного технологического процесса эксплуатации мелиоративных каналов, и, в этой связи, является актуальной.

Цель работы - обеспечение устойчивого функционирования осушительных каналов гидролесомелиоративных систем применением разработанных технологических процессов их технической эксплуатации, что позволит поддерживать лесоводственную эффективность объектов гидролесомелиорации на уровне, определяемом потенциальными возможностями производительности лесорастительных условий.

Достижение поставленной цели возможно при решении следующих задач: на основе экспериментальных данных исследований установить характеристики заиления каналов-осушителей для типичных условий Северо-Западного гидролесомелиоративного района; установить вероятностную модель отказов в работе на основе закона а-распределения; разработать технологические процессы технической эксплуатации каналов на гидролесомелиоративных системах с применением специализированной техники; * разработать методические рекомендации по проведению ^ технической эксплуатации лесоосушительных систем по оптимальным технологиям.

Научные положения, выносимые на защиту:

- математическая модель процесса кумулятивного повреждения каналов осушительных систем;

- оценка надежности функционирования каналов гидролесомелиоративных систем на основе закона а-распределения отказов в работе; i

- модели технологического процесса эксплуатации каналов гидро-' лесомелиоративных систем на основе функций восстановления;

- методика установления основных параметров технологических процессов эксплуатации каналов гидролесомелиоративных систем на назначенном сроке их службы.

Научная новизна работы заключается в установлении закона распределения глубины осушительных каналов, коэффициента формы кривой заиления, законов распределения плотности вероятности наработки каналов до отказа, в разработке методики определения оптимальных технологических процессов эксплуатации каналов на назначенном сроке службы гидролесомелиоративных систем.

Практическая значимость полученных результатов исследования -это возможность использования их для прогнозирования периодичности проведения механизированных технологических операций работ по технической эксплуатации каналов по различным стратегиям (технологиям) с оценкой затрат и ожидаемой прибыли от дополнительного прироста древостоя. Результаты исследований используются в Санкт-Петербургском научно-исследовательском институте лесного хозяйства при составлении методических и нормативных руководств для проведения гидролесомелиоративных работ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГИДРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Объекты гидролесомелиорации Российской Федерации на площади более 3,5 млн.га нуждаются в неотложном проведении работ по технической эксплуатации каналов гидролесомелиоративных систем.

2. Запущенное состояние большинства объектов гидролесомелиорации вызвано естественными процессами деградации природного характера, искусственными факторами антропогенного характера и отсутствием должного внимания к технической эксплуатации гидролесомелиоративных систем на федеральном и региональном уровнях.

3. Перспективы развития работ по технической эксплуатации гидролесомелиоративных систем непосредственно связаны с разработкой новых технологий, созданием и внедрением в лесохозяйственное производство высокопроизводительных машин типа КЛФ-0,8, ОСК-3, КЛН-1,2 на базе тракторов повышенной проходимости.

4. Исследованиями процессов повреждения осушительных каналов гидролесомелиоративных систем установлено, что параметр глубины каналов в процессе эксплуатации подчиняется нормальному закону распределения, который не изменяется с течением времени, а процесс заиления имеет экспоненциальный характер с коэффициентом формы кривой 0,1235 для распространенных условий Северо-Западного гидролесомелиоративного района.

5. Плотность вероятности наработки осушительных каналов до отказа (показатель долговечности) удовлетворительно описывается законом а - распределения, параметры которого позволяют обоснованно подходить к назначению сроков проведения капитального, текущего и профилактического ремонтов.

6. Разработана методика определения ожидаемой потребности проведения основных работ по технической эксплуатации каналов гидролесомелиоративных систем на основе методов теории восстановления с определением функций восстановления, которое рекомендуется для практического использования.

7. Результаты моделирования и оптимизации технологического процесса проведения работ по технической эксплуатации осушительных каналов на назначенном сроке службы гидролесомелиоративной системы позволяют обоснованно подходить к его проектированию (организации и планированию механизированных работ) с обеспечением надежного функционирования каналов необходимыми технологическими операциями, что представляет собой методику установления основных параметров процессов, применение которой на практике способствует максимальной реализации производительности лесорастительных условий объекта осушения.

8. Для вводимых в действие объектов гидролесомелиорации Северо-Западного гидролесомелиоративного района России установлены следующие технологические процессы технической эксплуатации осушительных каналов на назначенном сроке службы ГЛМС (50 лет):

- выполнение капитальных ремонтов с периодичностью 10 лет (4 ремонта) - технологический процесс №1; выполнение текущих ремонтов с периодичностью 7 лет (6 ремонтов) - технологический процесс №2;

- выполнение профилактических ремонтов с периодичностью 4 года (12 ремонтов) - технологический процесс №3;

- выполнение 4-х текущих ремонтов, 4-х профилактических ремонтов, 4-х уходов за каналами в сроки, устанавливаемые предложенной методикой - оптимальный технологический процесс №4.

1. Федеральный закон "О мелиорации земель". М.: Кремль, от 10 янв. 1996 г. (№4-ФЗ) - 25 с.

2. Лесной кодекс Российской Федерации. М.: Кремль, 29 янв. 1997 г. (№22-ФЗ) - 100 с.

3. Мелиоративная энциклопедия. Вып. 2 Гидролесомелиорация/ Сост. и отв. ред. В.К. Константинов. 2-е изд., испр. и доп. - СПб: СПбНИИЛХ, 2000. -417с.

4. Сабо Д. Е., Иванов Ю. Н., Шатилло Д. А. Справочник гидролесомелиоратора. М.: Лесн. пром-ть, 1981. 201 с.

5. Маслов Б.С., Минаев И.В., Губер К.В. Справочник по мелиорации. М.: Росагропомиздат, 1989. 384 с.

6. Основные положения по гидролесомелиорации. Методические рекомендации. СПб., изд-во СПбНИИЛХ, 1995. 24 с.

7. Добрынин Ю.А. Повышение эффективности технической эксплуатации лесоосушительных систем на основе разработки технологического комплекса машин. Дис. док. техн. наук. СПб., 1992. 413 с.

8. Добрынин Ю. А. Организация использования машин для ремонта и содержания осушительных каналов на основе теории надежности систем // Гидролесомелиоративный мониторинг и эксплуатация осушительных систем: Сб. научн. тр. / ЛенНИИЛХ. Л., 1991. С. 108-118.

9. Константинов В. К., Великанов Г. Б., Добрынин Ю. А. Реконструкция и эксплуатация лесоосушительных систем. СПб, СПбНИИЛХ, 1995. 112 с.

10. Константинов В.К. Эксплуатация и совершенствование осушительных систем в лесном хозяйстве: Дис. . д-ра с.-х. наук. Л., 1981. - 543 с.

11. Определение норм осушения при гидролесомелиорации. Методические рекомендации. Л., изд-во ЛенНИИЛХ, 1989. 17 с.

12. Современные проблемы гидролесомелиорации. Тезисы докладов третьего советско-финского симпозиума г. Псков, 9-10 сентября 1982. Л., изд-во ЛенНИИЛХ, 1982. 22 с.

13. Гидролесомелиорация и ведение лесного хозяйства на осушенных землях: Информационные материалы. / СПб., изд-во СПбНИИЛХ, 1993. 20 с.

14. Богданофф Дж., Козин Ф. Вероятностные модели накопления повреждений: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 344 с.

15. Томин Е.Д. и др. Механизация работ по устройству и эксплуатации мелиоративных каналов. М., "Колос", 1968. 232 с.

16. Рекомендации по осушению лесных земель на объектах малой мелиорации. Методические указания. Л., изд. ЛенНИИЛХ, 1983, 64 с.

17. Надежность гидролесомелиоративных систем / Ю.А. Добрынин, Ю.Ю. Герасимов. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1996. 120 с.

18. Писарьков Х.А., Тимофеев А.Ф. Гидротехнические мелиорации лесных земель. М.: Лесн. пром-сть, 1964. 276 с.

19. Пахучий В.В. Водный режим в хвойных древостоях на староосушенных торфяниках. Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1985. 72 с.

20. Лесоосушительная мелиорация в СССР // Лесн. хоз-во СССР. -М.: Лесн. пром-сть, 197. 260 с.

21. Зима И.М. и др. Механизация лесомелиоративных работ. М.: Колос, 1984. 128 с.1. V ^

22. Добрынин Ю.А'. и др. Машина для ремонта каналов // Лесн. Хоз-во. 1986. - №2. - С. 62-63

23. Вомперский С. Э. Гидролесомелиорация для лесов будущего // Научные исследования для лесов будущего: Сб. Статей / ВНИИЛМ. -М.: Лесн. пром-ть, 1981. с. 96 - 104.

24. Система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1986 1995 годы. 4. IV. Лесное хозяйство и защитное лесоразведение / Рук. автор, коллект. Г.А. Ларюхин. - М.: Агропромиздат, 1988. 208 с.

25. Добрынин Ю.А. Техническая эксплуатация лесоосушительных систем с применением гидролесомелиоративных машин. СПб: СПбНИИЛХ, 1993. 85 с.

26. Ковалев А.Г. Обоснование параметров сменного рабочего органа лесомелиоративной машины по критерию металлоемкости: Дис. канд. техн. наук: 05.21.01. Л., 1989. 116 с.

27. Константинов В.К., Рубцов В.Г., Ланкин Е.С. Ремонт лесоосушительной сети и механизмы для его проведения. Методические рекомендации. Л., изд. ЛенНИИЛХ, 1976. 20 с.

28. Ларюхин Г. А., Калиниченко Н. П., Чернышов В. В. и др. Система лесохозяйственных машин. -М.: Агропромиздат, 1985. 264 с.

29. Chukichev A. N., Dobrynin Ju. A., Reim М. P. Mechanization of Forest Reclamation Canal Repair and Maintenance Operations VIII International peat congress Proceedings. Section III. Leningrad, 1988. P. 25-27.

30. Куличенко В. В., Рейм М. П. Сменный рабочий орган к машине КЛН-1,2 для ухода за каналами // Механизация лесохозяйственных работ в Северо-Западной таежной зоне: Сб. научн. тр. / ЛенНИИЛХ. Л., 1987.-С. 114-116.

31. Дмитриев А. С. Роторный копатель для устройства осушительной сети // Лесн. хоз-во. 1982. - №7. -С. 47-48.

32. Камышенцев Л. А. и др. Новый агрегат для ухода за мелиоративной сетью // Гидротехника и мелиорация.-1983.-№9.-С. 4648.

33. Справочник по эксплуатации мелиоративных систем Нечерноземной зоны РСФСР / Т. И. Даишев, Э. А. Бишоф, Д. Б. Циприс и др.; Сост. Т. И. Даишев.-Л.: Агропромиздат, 1987. -263 с.

34. Технологический регламент для проектирования и производства работ по эксплуатации открытых каналов осушительных систем. / Г.А. Морозов, Г.П. Санников и др.; СевНИИГиМ. Л., 1986. 92 с.

35. Современное состояние и перспективы развития машин и оборудования для ремонта и эксплуатации мелиоративных систем: обзор, информ./ В. Н. Донской, И. А. Иванова, С. Ф. Сергеенкова. Серии 5, 6; ЦНИИТЭстроймаш.-М., 1985.-45 с.

36. Осушение и освоение заболоченных лесных земель. Елпатьевский М.М., Елпатьевский М.П., Константинов В.К. М., "Лесная промышленность", 1970. 232 с.

37. Лесохозяйственное освоение болот. Елпатьевский М.М., Кирюшкин В.Н., Константинов В.К. М., "Лесная промышленность", 1978. 136 с.

38. Тимофеев А.Ф. Повреждения осушительных канав и меры борьбы с ними. Дис. канд. техн. наук. Л., 1953. 246 с.

39. Дубах А.Д. Осушение лесных земель. Л.: Гослестехиздат, 1934. 360 с.

40. Ефремов С.П. Пионерные древостой осушенных болот. -Новосибирск: АН СССР. Сиб. отд-ние, 1987. 249 с.

41. Lukkala O.J. Soiden turvekerroksen painuminen ojituksen vaikutuksesta. // Metsatieteellisen tutkrmuslaitoksen julkaisuja, 37.1. -Helsinki, 1949. 67 s.

42. Писарьков X. А.Тимофеев А. Ф. Гидротехнические мелиорации/лесных земель.-M.: Лесн. пром.^1964. 276 с. /

43. Кузьминов Ю.М. Мелиоративные каналы в легко размываемых грунтах. М., "Колос", 1977. 192 с.

44. Гидролесомелиорация избыточно увлажненных земель. Термины и определения: Ост 56-76-84 / Гослесхоз СССР. М., 1984. 10 </ с.

45. Сабо Е.Д. Важнейшие задачи гидролесомелиорации // Лесн. хоз-во. 1986. 62 с.

46. Константинов В.К. Эксплуатация лесоосушительных систем. М.: Лесн. пром-сть, 1979. 152 с.

47. Эксплуатация и совершенствование осушительных систем в лесном хозяйстве: npaj<jDeK. / В. К. Константинов. Л., 1982. - 41 с.

48. Методические указания по контролю качества и эффективности лесоосушения при лесоустройстве / А. М. Тараканов, Н. А. Шлендева; АИЛиЛХ. Архангельск, 1991. - 24 с.

49. Андреев В.Н. Надежность лесных машин и оборудования: Учебное пособие. Л.: ЛТА, 1991. 152 с.

50. Барзилович Е.Ю., Каштанов В.А. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем. М., изд-во "Советское радио", 1971. 272 с.

51. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М. Государственное издательство физико-математической литературы. 1961. 406^ с.Основные положения по гидролесомелиорации. - СПб: СПбНИИЛХ, 1995. 60 с.

52. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. Для вузов. 5-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 1998. 576 с.

53. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. Пер. с англ. М.: Мир. 1980. 604 с.

54. Кубарев А.И. Надежность в машиностроении. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство стандартов, 1989. 224 с.

55. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов. М., изд-во "Советское радио", 1966. 168 с.

56. Шеннон Р.Ю. Имитационное моделирование систем: Искусство и наука. М., изд-во "Мир", 1978. 418 с.

57. Калинина В.Н., Панкин В.Ф. Математическая статистика: Учеб. Для техникумов. 2-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 1998. 336 с.

58. Технология и механизация работ по уходу и ремонту каналов гидролесомелиоративных систем: метод, рек. / Ю. А. Добрынин, В. К. Константинов; ЛенНИИЛХ. Л., 1989. 48 с.

59. Артемьев А. И., Тараканов А. М. Ведение хозяйства в осушенных лесах Архангельской области //. Ведение хозяйства в осушенных землях: Сб. научн. тр. / ЛенНИИЛХ. Л., 1986. С. 9-19.

60. Дружинин Г. В. Надежность автоматизированных систем. М.: Энергия, 1977. 536 с.

61. Хилл П. Наука и искусство проектирования / Пер. с англ. М.: Мир, 1973. 264 с.

62. Пославский О. Ф. Методы расчета числа запасных частей. М.: Знание, 1977. 48 с.

63. Шуляковский В. В. Новый рабочий орган КЛН-1,2 к каналоочистителю МР-14 // Мелиорация и водное хозяйство: Научн.-техн. Информ. / Минводхоз БССР. Минск: Ураджай, 1990. Вып.З. С. 6-11.

64. Осушение и освоение заболоченных лесных земель на примере Сиверского опытного лесхоза ЛенНИИЛХа. Методические рекомендации. Л., изд-во ЛенНИИЛХ, 1983.16 с.

65. Герцбах И.Б. Модели профилактики (Теоретические основы планирования профилактических работ). М., изд-во "Советское радио", 1959. 216 с.

66. Развитие машин для культуртехнических работ в мелиорации: Обзор. информ./С. А. Меньчикова, И. И. Карушев, И. И. Винчи, 3. Н. Путынь. Сер.З. Мелиоративные, торфяные и лесные машины и оборудование; ЦНИИТЭстроймаш. М., 1989. - Вып.2. - 60 с.

67. Мазуркевич М.А. Обоснование оптимальных стратегий ремонта и технического обслуживания лесных машин на основе вероятностных моделей. Дис. докт. техн. наук СПб., 1998. 332 с.

68. Принятие оптимальных решений: теория и применение в лесном комплексе / В. Н. Андреев, Ю. Ю. Герасимов. Йоэнсуу: Изд-во университета Йоэнсуу, 1999. 200 сКузьминов Ю.М. Мелиоративные каналы в легко размываемых грунтах. М., "Колос", 1977. 192 с.

69. Теппоев А. В. Обоснование оптимальных траекторий при работе гидроманипуляторов лесотранспортных машин с пропорциональным управлением: Дис. канд. техн. наук СПб., СПбЛТА, 1999. 114 с.134

70. Сабо Е.Д. Обоснование самоочищения мелиоративных каналов // Гидролесомелиорация Северо-Востока ETC: Информ. материалы к совещ. 4-7 сент. 1990 г. Горький, 1990. С 93-95.

71. Моисеев B.C. Таксация молодняков / J1TA. Л., 1971. 343 с.

72. Мац В. М. Исследование процесса расчистки закустарелых площадей активным рабочим аппаратом роторного типа. Дис. канд. техн. наук. Л., 1973. 172 с.

73. Семаков Д. А. Обоснование технологического регламента проведения ремонтных работ на гидролесомелиоративных системах: Дис.канд. техн. наук. Л., 2001. 121 с.

74. Андреев В.Н., Иоффе А .Я. Эти замечательные цепи. М.: Знание, 1987. 176 с.