автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование технологического регламента проведения ремонтных работ на гидролесомелиоративных системах

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО ВОПРОСУ ПОВРЕЖДЕНИЯ КАНАЛОВ

ГИДРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ.

1.1. История вопроса.

1.2. Основные термины, цели и задачи гидролеоомелиорации.

1.3. Размеры повреждений осушительных каналов.

1.4. Методики исследований повреэдений каналов леооосушительных систем.

1.5. Выводы.

1.6. Цель и задачи исследования.

2. ДИНАМИКА ПОВРЕЖДЕНИЙ ОСУШИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ

НА ЛЕСНЫХ ЗЕМЛЯХ.

2.1. Причины и ввды повреждений каналов осушительных систем.

2.2. Цель и методика исследований процесса повреждения каналов лесоосушительных систем.

2.3. Динамика изменения глубины осушительных каналов.

2.4. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МЕРОПРИЯТИЙ

ПО СОДЕРЖАНИЮ ОСУШИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ В РАБОТОСПОСОБНОМ СОСТОЯНИИ.

3.1. Техническая эксплуатация, анализ и виды работ по ремонту и содержанию лесоосушительных систем.

3.2. Установление технологического регламента проведения ремонтных работ на основе теории надежности систем.

3.3. Определение характера поведения прогнозируемых параметров с помощью «В-модегтей».

3.4. Прогнозирование ожидаемой потребности технологических операций ремонта каналов по функциям восстановления.

3.5. Выводы.

4. ОПТИМИЗАЦИЯ СТРАТЕГИЙ ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО

ОБСЛУЖИВАНИЯ КАНАЛОВ ГИДРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ.

4.1. Анализ возможных стратегий профилактического обслуживания каналов гидролесомелиоративных систем.

4.2. Анализ и перспективы развития машин, используемых для технической эксплуатации лесоосушительных систем

4.3. Постановка задачи оптимизации.

4.4. Оптимизация процесса проведения работ по ремонту осушительных каналов на объектах гидролесомелиорации методом динамического программирования.

4.5. Выводы.

Актуальность темы. Лес, в том числе и создаваемый на мелиорируемых землях, - это достояние России. Его воспроизводство и рациональное использование должны быть прежде всего заботой государства, что вытекает из Федерального закона "О мелиорации земель" [1] и "Лесного кодекса Российской Федерации", подписанного в 1997 г. Президентом страны Б.Н. Ельциным [2].

Наиболее действенной системой мероприятий, обеспечивающей повышение продуктивности заболоченных лесов, является гидролесомелиорация. Доля болот и прочих переувлажненных земель в лесном фонде в среднем превышает 20%. Это обстоятельство и, как одно из существенных его следствий, бездорожье обрекают лесную отрасль в таких районах на экстенсивные формы ведения хозяйства и препятствуют освоению новых лесных массивов. В этой связи гидролесомелиорации придается решающая роль в повышении эффективности ведения лесного хозяйства в условиях избыточного увлажнения.

За истекшие два века с начала производства лесоосушительных работ в России ими было охвачено около б млн. га переувлажненных земель. Крупные массивы высокопроизводительных лесов с запасами до 400 м3/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 лесоосушительных систем, ведения хозяйства на осушаемых землях и охраны природной среды в связи с гидролесомелиорацией [3].

В настоящее время в силу экономических и ряда других причин 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.

Перед гидролесомелиораторами России стоят новые задачи. В первую очередь необходимо провести инвентаризацию всех объектов гидролесомелиорации, сохранить наиболее ценные леса на осушаемых землях, провести на них неотложные работы по технической эксплуатации лесоосушительных систем.

Таким образом тема связанная с обоснованием технологического регламента проведения ремонтных работ на гидролесомелиоративных системах является актуальной и соответствует современному направлению решения задач.

Цель работы - повышение эффективности функционирования гидролесомелиоративных систем на основе разработки оптимального технологического регламента их технической эксплуатации.

Объекты и методы исследования. Объектом экспериментальных исследований являлись осушительные каналы гидролесомелиоративной системы, построенной в Шапкинском лесничестве Лисинского лесхоз-техникума Ленинградской области. Теоретически и экспериментально исследовалась динамика изменения глубины каналов осушительной сети. Использовались методы: математической статистики, теории вероятности, системного анализа, моделирования динамических систем, теории надежности, теории принятия оптимальных решений.

Научная новизна работы. Установлен закон распределения глубины канала в функции времени и его параметры. Получена зависимость величины заиления от времени в виде экспоненциального закона. Для характеристик заиления каналов лесоосушительных систем типичных для Северо-Запада установлен коэффициент формы кривой. Разработана вероятностная модель процесса заиления каналов лесоосушительных систем с использованием методов теории дискретных марковских цепей («В-модель»). Разработана методика установления оптимальных стратегий и технологий проведения механизированных работ на назначенном сроке службы гидролесомелиоративных систем.

Значимость для практики. Установлены показатели надежности функционирования каналов гидролесомелиоративных систем, при которых обеспечивается дополнительный прирост осушаемого древостоя, возможный по произодительности лесорастительных условий. Вероятностная модель процесса заиления каналов делает возможным прогнозирование периодичности и проведение планирования ремонтных работ на лесоосушительных системах. Применение разработанного оптимального технологического регламента механизированных ремонтных работ позволит прогнозировать затраты на их проведение и прибыль от дополнительного прироста древостоя на объектах гидролесомелиорации. Научные положения, выносимые на защиту:

• Математическая модель процесса повреждения каналов осушительных систем;

• Методика оценки надежности функционирования каналов гидролесомелиоративных систем на основе теории марковских цепей;

• Оптимизация технологического регламента проведения профилактических работ для типичных для Северо-Западного гидролесомелиоративного района условий.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях УГЛТА (Екатеринбург, 2000 г.), СПб Л ТА (Санкт-Петербург, 2001 г.)

По результатам исследований опубликовано четыре работы.

7. Результаты исследования подтверждают целесообразность проведения гидролесомелиоративных работ на заболоченных землях, в особенности при использовании неоднородных стратегий ремонта с преимущественным применением ПР, что в свою очередь позволит обеспечить экономический эффект от эксплуатации объектов гидролесомелиорации Северо-Запада России (в течение 50 лет) в размере 15252.9 руб./га (данные представлены в ценах 2000 г.)

заиление

50 h,CM

Рис. 2.5. Зависимость времени изменения глубины осушителей на объекте гидролесомелиорации, расположенном в Шапкинском лесничестве, от величины их заиления

Для анализа случайности самой зависимости процесса заиления на рис. 2.6, наряду с полученной экспериментальной кривой (зависимость 3) приведены кривые зависимостей уменьшения глубины каналов на других объектах гидролесомелиорации, расположенных в различных лесорасти-тельных условиях Северо-Западного гидролесомелиоративного района. Кривые построены по двум временным точкам (точка, соответствующая вводу объекта в эксплуатацию и, точка, когда планировалась реконструкция объекта) с использованием полученного экспериментом коэффициента формы кривой (0,1235).

Рис. 2.6. Зависимости уменьшения глубины лесоосушительных каналов во времени на объектах Ленинградской области, построенных в различных почвогрунтах: 1 - торф верховой; 2 - торф низинный; 3 -торф на песке; 4 - торф на глине

Как видно из рис. 2.6, полученные кривые образуют пучок, при анализе которого можно с достаточной уверенностью сказать, что объекты гидролесомелиорации, расположенные в различных геологических условиях нормально подчиняются кривым одного вида. Похожие зависимости можно найти в работах [4, 7, 36], следовательно, полученные в этой работе результаты и выводы можно будет с небольшими изменениями и с определенной долей уверенности использовать и для других объектов гидролесомелиорации.

45

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

5. Основные положения по гидролесомелиорации. СПб: СпбНИ-ИЛХ, 1995. 60 с.

6. Маслов Б.С. и др. Мелиорация и водное хозяйство: Справочник./ Под ред. д-ра техн. наук Б.С. Маслова. М.: Агропромиздат, 1985. 448 с.

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

8. Поэтапное осушение лесных площадей. Методические указания. Л., изд. ЛенНИИЛХ, 1978. 42 с.

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

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

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

12. Таран И.В. Леса Новосибирской области и повышение их продуктивности методом осушения. Красноярск, 1969. 21 с.

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

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

15. Пшеничников Г.Ф. Как осушать леса. М. - Л.: сельхозгиз, 1931. 120 с.

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

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

18. Подлесский Л.В. Состояние и перспективы развития работ по осушению и освоению заболоченных лесных площадей в СССР // Осушение лесных земель: Тез. докл. Советско-Финского симпозиума. / ЛенНИИЛХ. Л., 1978. 136 с.

19. Буш К.К., Клявиньш Я.Я., Майке П.М., Сабо Е.Д. Осушение лесных земель. М. - Л.: Гослесбумиздат, 1960. 160 с.

20. Вомперский С.Э., Сабо Е.Д., Формин А.С. Лесоосушительная мелиорация. М.: Лесн. пром-сть, 1975. 293 с.

21. Глебов Ф.З. Об улучшении учета гидролесомелиоративного фонда при лесоустройстве в Западной Сибири // Лесн. хоз-во. 1971. 60 с.

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

23. Смоляк Л.П. Болотные леса и их мелиорация. Минск.: Наука и техника, 1969. 210 с.

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

25. Пьявченко Н. И. Торфяные Болота, их природное и хозяйственное значение. М.: Наука, 1985. 152 с.

26. Лесохозяйственное использование осушенных земель: Тез. докл. Второго Советско-Финского симпозиума. / ЛенНИИЛХ. Л., 1980. 130 с.

27. Гидролесомелиорация избыточно увлажненных земель. Термины и определения: Ост 56-76-84 / Гослесхоз СССР. М., 1984.10 с.

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

29. Технология и механизация работ по уходу и ремонту каналов гидролесомелиоративных систем. Методические рекомендации / Ю. А. Добрынин, В. К. Константинов; Л., изд. ЛенНИИЛХ, 1989. 48 с.

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

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

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

33. Б.В. Гнеденко. Курс теории вероятностей. М. Государственное издательство физико-математической литературы. 1961. 406 с.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

43. Зима И.М. и др. Механизация лесомелиоративных работ. М.: Колос, 1984. 128 с.

44. Методика определения эффективности лесоосушения. Методические рекомендации. Л., изд-во ЛенНИИЛХ, 1971. 19 с.

45. Методика учета лесоводственной эффективности осушения вырубок. Методические рекомендации. Л., изд-во ЛенНИИЛХ, 1971. 23 с.

46. Гидролесомелиорация и эффективное использование земель лесного фонда: Информационные материалы. Вологда, изд-во СевНИ-ИЛХ, 1998. (26) с.

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

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

49. Надежность в технике. Основные понятия, термины и определения: ГОСТ 27.002-89. М.: Изд-во стандартов, 1990. 37 с.

50. Руководство по осушению лесных земель. Ч. 4.2. Проектирование. / Союзгипролесхоз. М., 1986. 99 с.

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

52. Константинов В.К., Рубцов В.Г., Панкин Е.С. Ремонт лесоосу-шительной сети и механизмы для его проведения. Методические рекомендации. П., изд. ЛенНИИЛХ, 1976. 20 с.

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

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

55. Lukkala O.J. Soiden turvekerroksen painuminen ojituksen vaiku-tuksesta. // Metsatieteellisen tutkrmuslaitoksen julkaisuja, 37.1. Helsinki, 1949. 67 s.

56. 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.: Аг-ропромиздат, 1988. 208 с.

57. Карпов А.Н. Обоснование параметров и режимов работы лесного каналоочистителя. Дис. канд. техн. наук. Л., 1987. 169 с.

58. И.Б. Герцбах, Х.Б. Кордонский. Модели отказов. М., изд-во "Советское радио", 1966.168 с.

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

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

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

62. Кокс Д.Р., Смит В.Д. Теория восстановления / Пер. с англ.: Под ред. Ю.К. Беляева. М.: Сов. радио, 1967. 300 с.

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

64. Системы со случайными параметрами, Л.Г. Евланов, В.М. Константинов. М.: Изд-во "Наука". Главная редакция физико-математической литературы, 1976. 568 с.

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

66. Транспортное освоение заболоченных лесов. Шапошников М.А. "Лесная промышленность", 1971. 192 с.

67. 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.

68. Ксеневич И.П., Кутьков Г.М. Технологические основы и техническая концепция трактора второго поколения // Тракторы и сельхозмашины. 1982. - №12. 82 с.

69. Принятие оптимальных решений: теория и применение в лесном комплексе / В.Н. Андреев, Ю.Ю. Герасимов. Йоэнсуу: Изд-во университета Йоэнсуу, 1999. 200 с.

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

71. 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.

72. Моисеев B.C. Таксация молодняков / ЛТА. Л., 1971. 343 с.

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

74. Андреев В.Н., Иоффе А Я. Эти замечательные цепи. М.: Знание, 1987.176 с.

75. Таха X. Введение в исследование операций: В 2 кн. Кн. 1. / Пер. с англ. М.: Мир, 1985. 479 с.

76. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. -М.: Машиностроение, 1984. 312 с.

77. Г.А. Борисов, А.П. Соловьев, Е.Д. Сабо. Применение ЭВМ в гидролесомелиоративном проектировании. М., ЦБНТИ, 1978. 21 с.

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

79. Кочегаров В.Г., Бит Ю.А., Меньшиков В.Н. Технология и машины лесосечных работ: Учебник для вузов. М.: Лесная промышленность, 199. 392 с.

80. Лесохозяйственное освоение болот. Елпатьевский М.М., Ки-рюшкин В Н., Константинов В.К. М., "Лесная промышленность", 1978. 136 с.

81. Мелиоративная энциклопедия. Вып. 2. Гидролесомелиорация.- СПб: СПбНИИЛХ. 1999. 329 с.

82. Митропольский А.К. Элементы математической статистики. Л., изд-во ЛТА, 1969. 273 с.

83. Шелгунов Ю.В., Кутуков Г.Н., Ильин Г.П. Машины и оборудование лесозаготовок, лесосплава и лесного хозяйства. Учебник для вузов.- М.: Лесная промышленность, 1982. 520 с.

84. Ковалев А.Г. Обоснование параметров сменного рабочего органа лесомелиоративной машины по критерию металлоемкости: Дис. канд. техн. наук: 05.21.01. Л., 1989.116 с.

85. Виногоров Г.К. Лесосечные работы. М.: Лесная промышленность, 1981. 272 с.