автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Повышение эффективности формирования посадочных мест комплексным лесохозяйственным агрегатом на вырубках

На правах рукописи

Иващенко Виталий Николаевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОСАДОЧНЫХ МЕСТ КОМПЛЕКСНЫМ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫМ АГРЕГАТОМ НА ВЫРУБКАХ

Специальность 05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и

лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

005542703

Йошкар-Ола 2013

005542703

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова»

Научный руководитель: Валяжонков Владимир Дмитриевич,

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Мясищев Дмитрий Геннадьевич, доктор тех-

нических наук, доцент, профессор кафедры транспортных, технологических машин и оборудования, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северный (Арктический) федеральный университет

Фадеев Александр Николаевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры природопользования, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Поволжский государственный технологический университет

Ведущая организация: Федеральное бюджетное учреждение Северный

научно- исследовательский институт лесного хозяйства (ФБУ СЕВНИИЛХ) г. Архангельск

Защита диссертации состоится 28 декабря 2013г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д.212.115.02 при Поволжском государственном технологическом университете по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина 3, ПГТУ, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Поволжского государственного технологического университета.

Автореферат разослан «27» ноября 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

К.П. Рукомойников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди богатств, которыми наделила Россию природа, лес является самым значительным. В экономике страны продукты леса используются практически во всех отраслях. Основные леса России расположены в бореальном поясе. Это самое крупное «хранилище» углерода в мире. Важное место занимают леса Республики Карелии. Имея такие несметные богатства, мы с недостаточным вниманием относимся к их сбережению и преумножению. Отечественные способы и средства восстановления леса в настоящее время находятся не на должном уровне, что негативно сказывается на производственной эксплуатации машин, которая является основной стадией их жизненного цикла. Сезонность и сжатые сроки посадки лесных культур на вырубках требуют высокой организации производства. Из-за ограниченности средств механизации преобладает ручной труд на выполнении данного вида работ.

Для создания рентабельного отечественного лесного хозяйства необходимо провести перевооружение отрасли современными техническими средствами, что позволит усовершенствовать производственные процессы. Требуется разработать стратегию по созданию новой лесохозяйственной техники, отвечающей по своему уровню современным требованиям и доступной по стоимости рядовым предприятиям. Решение данной альтернативы особо касается как тяговых средств, так и машин и орудий. Кроме того, необходимо уделить внимание всесторонним исследованиям по созданию новых и совершенствования существующих технологий лесовосста-новления.

Научно обоснованный выбор технологий восстановления леса и машинно-тракторных агрегатов (МТА) для их реализации посредством повышения эффективности их применения и обеспечения ими щадящего воздействия на лесную среду является актуальным направлением в развитии машинизации создания высококачественных древостоев.

Цель работы — повышение эффективности применения машинизированной технологии создания посадочных мест на вырубках комплексным лесохозяйствен-ным агрегатом на вырубках с учетом сбережения ресурсов, экологии и обеспечения рационального качества выполнения работ.

Объект исследования — способы и средства машинизированной технологии создания посадочных мест на вырубках.

Предмет исследования — система показателей, отражающих производительность, расход и качество использование ресурсов, эколого-лесоводственное обеспечение и приспособляемость машин к агротехнике выполняемых работ для оценки эффективности применения способов и средств создания посадочных мест на вырубках комплексным агрегатом.

Методы исследования. Исследования реализовывались методами классического анализа, моделирования, теории вероятности и математической статистики, изучением природно-производственных условий (ППУ), проведением натурных экспериментов.

Научная новизна работы.

1. Разработана методика многокритериальной комплексной оценки эффективности применения технологического процесса (ТП) совмещающего расчистку вырубок с созданием посадочных мест комплексным МТА на принципах сбережения ресурсов и рационального качества выполнения работ; методика оценки передвижения МТА при выполнении ТП по лесокультурной площади с выявлением распределения затрат ресурсов на отдельные операции.

2. Создан комплекс аналитических моделей, отражающих затраты ресурсов на выполнение ТП, совмещающего расчистку вырубок с созданием посадочных мест комплексным МТА в зависимости от технологических, технических, эколого-лесоводственных, экономических показателей и параметров, организационных приемов и природно-производственных факторов.

3. Экспериментально определен технологический, технический, ресурсоемко-стный регламенты использования ресурсов и эколого-лесоводственный уровень ТП совмещающего расчистку вырубок с созданием посадочных мест комплексным МТА в условиях таежной зоны Карелии.

На защиту выносятся следующие положения:

- методика комплексной оценки эффективности применения ТП совмещения расчистки вырубок с созданием посадочных мест комплексным МТА;

- методика оценки распределения затрат ресурсов на ТП по отдельным его составляющим;

- комплекс аналитических моделей, по затратам основных ресурсов ТП;

- режимы работы агрегата и его топливная экономичность;

- технологический, технический, ресурсоемкостный регламенты использования ресурсов и эколого-лесоводственный уровень ТП.

Значимость для теории. Разработанная методика многокритериальной комплексной оценки эффективности дает возможность по количеству затрат основных ресурсов и их использования, качеству выполнения работ и уровню воздействия на лесную среду оценить ТП совмещения расчистки вырубок с созданием посадочных мест на них комплексным МТА и произвести выбор наилучшего варианта процесса, реализуемого различными техническими средствами.

Разработанный комплекс аналитических моделей обеспечивает на стадии проектирования ТП и выбора технических средств его реализации прогнозировать эффективность применения процесса и позволяет устанавливать характер и степень влияния на основные показатели эффективности факторов и параметров, отражающих ППУ, технологию и техническое средство.

Значимость для практики. Разработанные методики выявления распределения затрат ресурсов ТП по его составляющим дают возможность судить о рациональности ТП с позиции полезного использования пути, времени, энергии, труда, денежных средств и снижения воздействия на лесную среду.

Определен технологический, технический, ресурсоемкостный регламенты использования ресурсов и эколого-лесоводственный уровень значений показателей эффективности ТП совмещающего расчистку вырубок с созданием посадочных мест комплексным МТА.

Соответствие паспорту специальности. Выполненная работа соответствует пунктам 4 и 5 паспорта специальности 05.21.01-«Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

Достоверность научных результатов подтверждается: применением методов математической статистики; проведением экспериментальных исследований в производственных условиях; подтверждением адекватности полученных моделей за счет удовлетворительной сходимости экспериментальных и теоретических данных.

Личный вклад. Соискателем обоснованы и разработаны: метод комплексной оценки эффективности применения технологических процессов совмещающих расчистку вырубок с созданием посадочных мест комплексным агрегатом на принципах сбережения ресурсов и снижения воздействия на лесную среду; комплекс аналитических моделей, позволяющих установить характер и степень влияния основных действующих факторов на технико-экономические и эколого-лесоводственные показатели выполнения ТП, совмещающего расчистку вырубок с созданием посадочных мест, а также прогнозировать эффективность его применения; методика оценки агротехнической приспособляемости технических средств.

Реализация работы. Методика комплексной оценки эффективности применения ТП и комплекс аналитических моделей приняты СПб НИИЛХ и НТЦ «Лес-техмаш» (СПб) для прогнозирования эффективности создаваемых и совершенствуемых ТП лесовосстановления. Материалы диссертации используются в учебном процессе кафедры «Лесных гусеничных и колесных машин» СПб ГЛТУ и Лисин-ском лесном колледже при изучении дисциплины «Многооперационные машины лесозаготовок и лесохозяйственного производства».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены: на научных конференциях в СПб ГЛТУ (г. Санкт-Петербург, 2009...2012 гг.); на международных и российских симпозиумах по гидролесомелиорации (г. Великий Новгород, 2010 г. и г. Тихвин, 2011 г.), на международных научно-технических конференциях (г. Вологда, 2009 и 2011 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ. Из них 6 в изданиях рекомендуемых ВАК. Статьи, написанные в соавторстве, выполнены с равной доли участников.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 171 наименований и 5 приложений. Общий объем работы 187 страниц, из них 156 основного текста и 31 страницы приложений. Работа включает 31 рисунок, 36 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, отражена научная новизна, значимость для теории и практики, основные положения, выдвигаемые на защиту.

В первом разделе дан обзор научно-практических работ по технологиям восстановления леса и их техническому обеспечению. Проанализированы особенности технологий расчистки вырубок и создания посадочных мест, а также лесохозяйст-венные МТА для их выполнения, сложность и многообразие условий. Рассмотрены взаимодействия лесохозяйственных агрегатов с лесной средой и их проходимость, эколого-лесоводственные последствия применения МТА и технологий восстановления леса. Рассмотрены подходы к оценке эффективности и качества применения технологий и использования лесохозяйственных агрегатов. Установлены пути повышения технологического, технического и экологического обеспечения восстановления леса.

Разработкам научных основ создания и эффективности использования технологических процессов и технических средств лесохозяйственного производства посвящены работы А.И. Баранова, И.М.Зимы, Т.Т. Малюгина, П.С. Нартова, Ю.П. По-лупарнева, В. Б. Прохорова, Ю.А. Ширнина, A.M. Цыпука и др.

Созданию лесохозяйственных тяговых средств, машин и орудий и формированию на их базе МТА посвящены научные труды М.П Албякова, Ю.А. Добрынина, А.В.Жукова, В.И. Казакова, А.Б. Клячко, Г.А. Ларюхина, С.Ф. Орлова, М.П. Скура-товского, Ю.И. Стахеева, А.Н. Чукичева и др.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать метод комплексной оценки эффективности применения технологических процессов (ТП) совмещающих расчистку вырубок с созданием посадочных мест лесохозяйственными агрегатами на принципах сбережения ресурсов и снижения воздействия на лесную среду.

2. Создать комплекс аналитических моделей, отражающих затраты основных ресурсов на выполнение технологических процессов совмещающих расчистку вырубок с созданием посадочных мест лесохозяйственными агрегатами в зависимости от технологических, технических, экологических и экономических показателей и параметров, организационных приемов и природно-производственных факторов.

3. Разработать методы оценки рационального перемещения лесохозяйственного МТА по поверхности вырубки с обеспечением минимальных затрат ресурсов по отдельным составляющим выполняемого ТП.

4. Обосновать повышение эффективности лесовосстановительных работ за счет применения на расчистке вырубок и создании посадочных мест комплексных лесовосстановительных агрегатов.

5. Установить технологический, технический регламенты использования ресурсов и эколого-лесоводственный уровни технологического процесса, совмещающего расчистку вырубок с созданием посадочных мест комплексными лесохозяйственными МТА для одновременного выполнения данных видов работ в составе гусеничный трактор класса тяги Зт + клин корчеватель + машина для подготовки посадочных мест.

Во втором разделе приведены теоретические исследования по обоснованию выбора технологий восстановления леса и МТА для их выполнения посредством прогнозирования эффективности их применения на основе максимального снижения затрат ресурсов, повышения качества работ и улучшения экологии.

Система комплексной оценки эффективности использования технологий и машин разработана на основании анализа научно-практических работ.

Первая группа показателей, отражает производительность /7 и погектарный расход пути (qL = L/П), времени (qT = 77/7), энергии (q3 = Э//7), труда (qH = Н/П), прямых (qs„ = Sn / П) и приведенных затрат (qSnp = S / TT). Здесь L, Т, Э, Н, Sn и Snp являются количественными значениями затрат пути, времени, энергии, труда, себестоимости работ и финансов с учетом капитальных вложений (приведенные затраты).

Исходя из экономии использования ресурсов необходимо, чтобы значения данных критериев стремились к минимуму:

q, —> Aj /П, единица измерения /га, где q: является удельным показателем затрат /-го ресурса, А, — натуральная величина /-го ресурса, затрачиваемого на выполнение единицы продукции.

Вторая группа показателей представляют полезную долю затрат ресурсов ТП на выполнение технологической операции. Для этого применены коэффициенты эффективности использования затрат ресурсов: пути (<р,. = 1Пол / L£), времени (тТ = tu<m / Т£) энергии (у]3 = эПол / ЭД труда (кн = 1гПо , / Н£), прямых финансов (ks„ = Snno., / Sn£), приведенных финансов (kSnp = Snpnal / Snp£). В общем виде они представляют отношение полезных затрат Л/70, к суммарным затратам Ar-

Третья группа показателей характеризует эколого-лесоводственное обеспечение ТП. Для этого введены: коэффициент, отражающий площадь воздействия ходовой системы агрегата FXjia на поверхность вырубки FBhlp ТСвхс, = Р.хда / FBbip, коэффициент сохранения благополучного подроста КСп = Кспсхр / КСпе (отношение сохраненного подроста к бывшему на вырубке), коэффициент минерализации почвы Ки = Fm / Рвыр (отношение минерализованной площади вырубки к общей площади), коэффициент качества выполнения работ Ккр = ho-, / ЬпР (отношение полезной длины прохода к общей длине прохода на гоне) и количество создаваемых посадочных мест [NnM]H < Num < [Nnuln (№м/н и [Nmf]B - нижний и верхний предел).

Четвертая группа показателей оценивает приспособляемость МТА к агротехнике выполняемых работ. Применены коэффициенты агротехнической приспособляемости орудия К0р = 1пол / 1р, трактора КТр = у ЬПр и агрегата Кл, = 1По1 / ЬПр- 1р -длина рабочего хода. Для оценки рациональности выполнения технологической операции введен показатель удельной энергопроизводительности К, представляющая собой отношение технической производительности при выполнении технологической операции Пj к текущей мощности двигателя Ne.

Для поиска рациональной области применения технологии и МТА с позиции максимальной экономии ресурсов разработаны аналитические модели, позволяющие установить на каждый из расходуемых ресурсов влияние технологических, технических, качественных показателей и параметров и природно-производственных факторов. Модели разработаны для ТП создания единичных посадочных мест лун-

ками с одновременной расчисткой лесокультурной площади выполняемого в течение цикла и смены.

Модели таких показателей, как коэффициенты использования времени г„ и энергии г)ц, производительности агрегата Пц, энергоемкости ц,ч и удельных приведенных затрат процесса имеют следующий вид:

т{К0р)

т(тц ) = "

-miv^iK^imikJ + mik^+miu^imiK^Wv-^+ll'

т{П,) =

т(Пэ, ) =

__0.36т{К0р)т(Стр)т(9кр) _

m(nBMp)m{k)\n{vp-') + m(K0p)[rn{km) + m{kmo)] + гф* ^"'Wf1) + lj>'

_m(K0p)

т(кЭц )

1 +

т (Л О )!' + т (<Ркр )т(/~' )

2,778 m(k)m(T] )т(кэ) m(q3) =-F--

m(?sJ =

m(rjm)m(K0p) г,11%т(Х)т(Пвир)т(К)

1+ т(КТр-1)т^)-\

W') + m{K0p )[m{k„) + m(km„)]-. m(v:')[m(K0p)m(cp-x)-\}

m(Kop )m{GTp )m(ijn] )m(rjrop )™(lnP )

f т(СБ,)1 m(T n)[at+ r, + E н] + т{Ц T)m{Q^T) +

£ m(CMl)-z,/m(Tro) + £ m(C£/)-«f + £ т(3^-с

\ l=\ 1=1 7=1

В данных моделях: <p = €цол / Lnp - коэффициент использования пути; vp и vx — рабочая и холостая скорость движения агрегата; km = tm / tpa и кто = tmo / tpa - коэффициенты технического и технологического обслуживания агрегата; <ркр — коэффициент использования сцепного веса трактора; ццЛ,р — коэффициент использования междурядья; т(цс) — коэффициент, учитывающий долю сцепного веса трактора в общем весе агрегата; /- коэффициент сопротивления самопередвижению трактора; к -коэффициент удельного сопротивления орудия; кэ — коэффициент, учитывающий влияние внецикловых затрат энергии и внутри цикловых остановок; цт — тяговый КПД трактора; h - число рабочих обслуживающих агрегат; Gmp — вес трактора; tjrop, 1пз и г)пр -соответственно коэффициенты, учитывающие потери времени: на устранение отказов и проведение технического обслуживания техники; на подготовительно-заключительные операции и на простои по различным техническим, организационным и другим причинам; и, г и с - число элементов агрегата, видов материала и количество рабочих; Тп,, С б,, — соответственно годовая занятость (ч), балансовая стоимость (руб) г-го элемента агрегата; а„, г, — коэффициенты ежегодных отчислений на амортизацию и ремонт /-го элемента агрегата; Ен — норматив экономической эффективности капитальных вложений; Цт~ комплексная цена топлива, руб/кг\ QLт - суммарный расход топлива, кг/ч; Cut - стоимость материала I-го вида, руб; ТГа -годовая занятость агрегата, ч; 3j - часовая ставка работника у-ой квалификации, руб/ч.

В третьем разделе изложены программа и методика экспериментальных исследований. Программой предусматривалось: установление вероятностно-статистических оценок показателей качества работы и затрат ресурсов на ее выполнение, а также закономерностей их изменения в условиях таежной зоны Республики Карелия; выявление характерных значений показателей, отражающих затраты пути, времени, энергии, топлива, труда и денежных средств на выполнение технологического процесса; получение исходной информации для оценки эффективности использования агрегата.

Для выполнения программы определена методика исследований, установлены параметры и средства измерений, выбраны методики обработки экспериментальных данных. Методикой также предусматривалось: выбор условий испытаний и объектов исследования, выбор кинематики движения агрегата по вырубке, оценка качества выполнения работы, порядок проведения наблюдений.

Для получения исходной информации для оценки и анализа была проведена компьютерная обработка экспериментальных данных с помощью пакета прикладных программ STATGRAPHICS и MS Excel.

В четвертом разделе приведены материалы экспериментальных исследований. Эксперименты проводились на свежих вырубках Сегежского лесничества, бывшим древостоем которых в основном являлась сосна. Они имеют слегка всхолмленный рельеф с часто встречающейся изменчивостью микро и мезорельефа. Среднее количество пней на вырубках колеблется от 340 до 960 шт./га. Вырубки имеют в основном свежие суглинистые и супесчаные почвы со слабой и средней степенью задернения. Каменистость вырубок характеризуется наличием валунов 520...860 шт./га и камней диаметром менее 20 см - 870... 1100 шт./га. Объем порубочных остатков колеблется от 9 до 16 м3/га и выше. Сосновый жизнеспособный подрост составляет 1100...2300 шт./га. Оставлены обсеменители из расчета 4...6 деревьев на 1 га.

В качестве объекта исследований был принят комплексный агрегат JIXT-55А+ТК-1,2+Л-2У для полосной расчистки вырубок клином ТК-1,2 с одновременным созданием посадочных мест в виде лунок двухрядной машиной Л-2У. Данное орудие и машина агрегатировались с гусеничным лесохозяйственным трактором высокой проходимости ЛХТ-55А.

Качество работы агрегата, с учетом жесткости всех условий, имеет следующее распределение: хорошее качество т(1Хр) составляет 70,2...84,5 % длины прохода m(Lnp) его по гону, удовлетворительное качество m(lvd) — 5,6 ...7,9 %, плохое качество т(1п„) - 7,2... 15,2 % и внутригоновые переезды т(1Пер) - 2,А...6,1 %. Наибольшее негативное влияние на качество оказывают порубочные остатки (39,0...64,1%) и пни (12,8. ..33,3%).

Общая оценка качества выполнения ТП произведена с помощью главного критерия оценки качества — показателя агротехнической пригодности выполняемой работы, в роли которого выступает коэффициент агротехнической приспособляемости агрегата КЛг. Одновременно были определены значения коэффициентов агротехнической приспособляемости трактора КТр и орудия К0р. Судя по их величине КТр = 0,933...0,976, К0р, = 0,837...0,926 и КАг = 0,781...0,904, агротехническая приспо-

собляемость трактора ЛХТ-55А, орудия Л-2У и агрегата ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У имеет высокие значения.

Характер и степень влияния наличия пней Агп и порубочных остатков УПо на данные коэффициенты наглядно представлены на рисунке 1. Полученные регрессионные уравнения данных зависимостей позволяют прогнозировать оценку качества

трактора ЛХТ-55А КТр и агрегата ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У КЛг в зависимости от количества пней Ип и порубочных остатков Упо

Суммарные затраты ресурсов агрегатом ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У приведенные к 1 га при работе на вырубках, отражающих всю жесткость ППУ зоны составляют:

- сменные затраты: пути - т(Ьс.м)= 1841...3011 м (а = 334,27...391,63 м); времени - т(ТСч) = 1,575...3,005 ч (<т = 0,301 ...0,344 ч); энергии - т(ЭСц) = 81,55... 152,85 кВт-ч (сг = 26,63...43,18 кВт-ч); труда - т(НСм) = 1,6...3,0 чел-ч-(а = 0,301. ..0,344 чел-ч); приведенных затрат - т($Псм) = 1347,7... 2079,8 руб (а = 310,88...363,51 руб);

- цикловые затраты: пути — т(Ьц) = 1651...2705 м (<т = 292,33...356,41 м); времени-/и(7у = 1,338...2,553 ч (сг= 0,288...0,329 ч); энергии-т(Эц) = 78,64... 146,07 кВт-ч-(<х = 22,14. ..35,07 кВт-ч); труда - т(Нц) = 1,338. ..2,553 чел-

ч-(<7 = 0,288...0,329 чел-ч); приведенных затрат - т(8п= 1164,6...1896,7 руб-(<7 =291,61. ..336,27 руб).

На значительную ширину диапазонов изменения затрат ресурсов и на заметную их изменчивость оказало большое многообразие ПГТУ.

Одновременно выявлены распределения цикловых и сменных затрат ресурсов на выполнение операций технологического процесса и на внецикловую деятельность. Для этого были построены балансы цикловых (технологического процесса) и сменных затрат ресурсов:

- в абсолютных значениях - т(ХСч) = т(ХТП) + т(Хпз) = [т(ХРХ„а^ + т(ХРХтох) + т(ХПов3аг) + т(ХперЗаг) + т(ХОТо)] + [т(ХЕТОтр) + т(ХЕТ0„р) + т(ХПерЮ) + т(Х0ть)У,

- В вероятностных значениях - РСм = Ртп + Рпз = [РрХпол + РрХтох + РповЗаг + Рпер-Заг +Р ото] + [РЕТОтр + Р ЕТОор + РПерПЗ + Р Отд] = 1 •

В данных уравнениях представлены: математические ожидания и вероятности появления затрат ресурсов: смены [(т(ХСл1) и Рем]', технологического процесса [(т(Хти) и РТп]', подготовительно-заключительных работ [т(Хпз) и Рпз]', рабочего хода агрегата с полезным качеством выполненной работы [{т(Хрх„0д) и РрхпоЛ', рабочего хода агрегата с плохим качеством выполненной работы [т(ХрХпюх) и Ррхтох]', поворотов агрегата с гона на гон [т(ХПа„3аг) и РповЗаА', переездов агрегата в загоне [т(ХпеРЗаг) и РперЗаг], организационно-технологического обслуживания [т(Хото) и Рота]-, ежесменного технического обслуживания трактора [т(ХЕТОтр) и Ретошр]', ежесменного технического обслуживания орудия т(ХЕтооР) и (РетооРУ, переездов агрегата при выполнении подготовительно-заключительной работы [т(ХцсрПЗ) и Рперпз]', отдыха и естественные надобностей оператора [т(Х0тд) и РотЛ ■

В таблице 1 приведено одно из распределений, полученное в наиболее характерных ППУ.

Дана оценка полезного использования затрат ресурсов при работе агрегата. Она имеет следующий вид:

- для сменных затрат: пути — т((рс^= 0,566...0,787 (<г = 0,079...0,102); времени

- т(тсЛ = 0,410...0,664 (<т = 0,061 ...0,099); энергии - т(цэс.^ =0,629...0,810 (<т = 0,176...0,211); труда — т(цНСц) = 0,410...0,664 (а = 0,061...0,099); приведен- ных затрат- = 0,443...0,694-(о= 0,097... 0,125).

- для цикловых затрат: пути —т(<рц)= 0,629...0,861 (<т= 0,094...0,138); времени

- т(тц) = 0,475...0,783 (с = 0,089...1,331); энергии - т(Эц) = 0,669...0,847 (<7 = 0,194...0,246); труда - т(г]НЦ) = 0,475...0,783 (<т = 0,089 ...1,331); приведенных за-трат-т(г]511) = 0,523...0,783 (бг = 0,089... 0,125).

Таблица 1 — Распределение цикловых затрат ресурсов на выполнение операций технологического

Обозначение Значение

Ьц, м/га / - Тц, ч/га / - Эц, кВт-ч/га /- Нц, чел-ч/га /- 5/7,,, руб/га / -

т(ХрХпат)/Р ГХпол 1608,0/0,75 1,155/0,65 102,46/0,76 1,155/0,65 1003,4/0,70

т(ХрХплх)/РРХпях 325,0/0,15 0,231/0,13 17,52/0,13 0,231/0,13 200,7/0,14

т(ХпвЗаг)/Р ПвЗаг 131,0/0,06 0,107/0,06 6,74/0,05 0,107/0,06 86,0/0,06

т(ХпрЗаг)/РПрЗаг 88,0/0,04 0,124/0,07 4,04/0,03 0,124/0,07 71,7/0,05

т(Хото)/Рото - 0,159/0,09 4,04/0,03 0,159/0,09 71,6/0,05

т(Х£)/Рг 2152,0/1,0 1,777/1,0 134,82/1,0 1,777/1,0 1433,5/1,0

В процессе изучения топливной экономичности выявлен погектарный расход топлива на создание посадочных лунок комплексным агрегатом. Исходя из множества ППУ, расход топлива изменяется в широком диапазоне. Цикловой расход составил т(()ц) = 8,20... 14,16 кг/га-(<7 = 1,603...3,188 кг/га), а сменный - т(()см) ~ 8,65... 14,78 кг/га-(а = 1,363...2,832 кг/га). Для всех выбранных ППУ получены балансы распределения циклового и сменного расхода топлива. Распределения для наиболее характерных условий представлены в таблице 2. Полезный расход топлива изменяется в диапазонах Qцnoл = 70,8...84,8 % и <2смпоя = 67,7...81,0 %. Потери на брак составляют =6,9... 13,6 % и QcмПлox= 7,2... 14,3 %.

Во время экспериментов установлено влияние на топливную экономичность работы агрегата ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У основных действующих факторов ППУ. В качестве оценочных показателей использовались удельные затраты топлива ддси и коэффициент полезного использования топлива к<щ. Характер и степень влияния факторов ППУ на данные показатели наглядно представлены на рисунке 2. Регрессионные уравнения зависимостей позволяют прогнозировать качество выполнения работ в различных ППУ.

Таблица 2 — Распределение цикловых и сменных затрат топлива на выполнение операций техноло-

Обозначение, (кг/га / без размерность) Значение (абсолютное / вероятностное)

Он Оси

т(О.РХпол) / РоРХпол 8,77/0,759 8,77 / 0,725

м(0РХп,ах) / РОРХпдох 1,50/0,129 1,50/0,124

т(О.ПовЗаг) / РоПовЗаг 0,59/0,051 0,59 / 0,049

^(впепЗаг) / РоПевЗаг 0,39 / 0,034 0,39/0,032

1^(0ОТО) / РОТО 0,31/0,027 0,31/0,025

т(О.ЕТОто) / РОЕТОтв - 0,15/0,013

т(0.ЕТОоп) / РОЕТОор - 0,0 / 0,0

Час.-кг/га 15,0-

-7,759-0,2}2Вр

а

^¡^=10,821 +0,0023ИП^

<гдсм=1 ¡,64-141 ЗШЬг

квц=0, ?18+0,0083Вр

Рисунок 2 - Изменение удельного расхода топлива при работе агрегата в течение смены ддсм (а) и циклового коэффициента полезного использования топлива к§ц (б) в зависимости от объема порубочных остатков Упо, количества пней Ип, длины гона ¿г и расстояния между гонами ВР

Для всех ПГТУ установлены изменения производительности Пд, удельных показателей путеемкости Ц1СМ энергоемкости дэы, трудоемкости Цнсм и приведенных затрат <7&Л), а также изменения коэффициентов кинематики движения агрегата <ртп, использования времени туя, энергии Лэтп, труда г]нтп и приведенных затрат >]Ят отражающих полезную составляющую затрат ресурсов на выполнение технологического процесса, под влиянием технологических, технических, качественных показателей и параметров и природно-производственных факторов. Для наиболее характерных ПГТУ на рисунке 3 представлены зависимости изменения Пд, ЦэСм, и ц$Сы, показывающих характер и степень влияния показателей, параметров и факторов.

Установление зависимостей полученных под влиянием технологических, технических, качественных показателей и параметров производилось с помощью математических моделей разработанных в диссертации. Зависимости, полученные под влиянием факторов описаны уравнениями регрессии. Приведенные зависимости дают возможность прогнозировать эффективность применения агрегата ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У в наиболее характерных условиях ППУ таежной зоны Карелии, а также нормировать расход ресурсов на производство работ. ПУ Ип, Упо, ¿г и ВР экспериментально, описаны уравнениями регрессии.

Для наиболее характерных условий таежной зоны Карелии установлены технологический, технический, ресурсоемкостный регламенты использования ресурсов и эколого-лесоводственный уровни значений показателей, характеризующих ТП создания посадочных мест лунками агрегатом ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У. Полученные данные дают полное представление об использовании потенциальных возможностях реализации технологического процесса и применения агрегата на его выполнении. Значения данных уровней представлены в таблице 3.

«ха

^ЩЗ 0,4 ю Ы

П I [~

А. т «-*

6,35

0,3 0,! 0,6 %,»'с Я§

0,4* пт

Ш 0.6 0.$ 0,4

Ш 0,6

0.4

»Л-ЧШ -

'кйт-ч/я Ч>-

<ио

о,«

« <и « МккШм

Вщч/.'о 160

ш

•I 1.61 ш

«.4.5

40 «о .»го

¡7 т™

2100 1900

ОМ 0.86 0.90 0.94 Ки,'

кВт?ч?ж 2.0

.......1-----1 :................ I * —1 /л Г ->п о. 4

0.92 0.94 0.96 0.9,4 КМ

160 0,6

140 0,5

4.$ 5.0 5.5 6.0 * В,..м Рисунок 3 - Изменение производительности Пд, путеемкости энергоемкости дэси, трудоемкости днем и удельных приведенных затрат цвем под влиянием: 1 — технологических, технических и качественных параметров (а, 6, в, г, д, е) рабочей ир и холостой их скорости движения, удельного сопротивления орудия к, коэффициентов агротехнической сопротивляемости орудия Кор и тракто-

ра Ктр и коэффициента кинематики движения агрегата <ртп, 2 — природно-производственных факторов (ж, з, и, к) количества пней Ип и порубочных остатков Упо, длины гона и межполосного расстояния Вр

Для снижения сопротивления орудия и трактора, а также их качества работы необходимо усовершенствовать кинематику переднего навесного устройства с целью обеспечения устойчивого движения клина ТК-1,2 в продольно-вертикальной плоскости без каких либо непредвиденных заглублений. Требуется также увеличить ширину захвата клина, так как она не перекрывает зону формирования лунок иглами машины Л-2У, что отрицательно отражается на качестве выполнения работ агрегатом в целом

Таблица 3 - Уровень значений показателей, характеризующих технологический процесс создания посадочных мест лунками агрегатом ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У

Операция,процесс Значение, [т(Х') / ах]

технологический уровень

т(Птп), м3/ч т(о), м/с т(1Пр), м т(Вр), м т(кто), с/м

РХпол - 0,384/0,035 232,45/46,44 5,563/0,617 -

ТПГ 0,563/0,111 0,376/0,036 271,25/35,26 5,583/0,622 0,091/0,007

технический уровень

т(К), м2/кВт-ч т(В0р), м т(<ркр) тф т(к), кН/м

РХпал 193,2/49, 6 0,603/0,17 3 1,807/0,1 6 0,195/0,04 3 0,242/0,05 6 7,03/1,72

тпЕ 193,2/49, 6 0,642/0,16 9 1,807/0,1 6 0,195/0,04 3 0,244/0,05 8 7,03/1,72

ресурсоемкостный уровень

т(Чит). м/га т(Чггп), ч/га т(Чатп), кг/га т(дэтл), кВт-ч/га т(Чнтп), чел-ч/га т(цтд, руб/га

РХпол 1608/320 1,16/0,18 8 8,76/1,87 103/22,0 1,16/0,18 8 987/203

ТПГ 2152/435 1,78/0,32 11,47/2,5 7 134/66,0 1,78/0,32 1417/324

уровень использования ресурсов

т(<ртп) т(ттп) т(котп) т(цэтп) т(Пнтп)

РХпол 0,78/0,15 0,66/0,10 0,76/0,11 0,77/0,12 6 0,66/0,10 0,70/0,09

ТПу 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

эколого-лесоводственный уровень

т(Квхс) т(Ыт1),шт/ га т(Ксп) т(Км) т(Ккр)

РХпол 0,136/0,027 3486/546 0,99/0,105 0,156/0,02 0,838/0,142

тпЕ 0,185/0,037 3486/549 0,991/0,109 0,144/0,019 0,838/0,142

В пятом разделе представлена технико-экономическая эффективность результатов исследований. Чистый дисконтированный доход за расчетный период для комплексного агрегата ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У составил 415,29 тыс. руб. Индекс доходности дисконтированных инвестиций равен 1,2, что характеризует хорошую отдачу от использования агрегата на вложенные средства. Срок окупаемости агрегата с учетом дисконтирования составляет 3,3 года. Все это подтверждает целесообразность применения данного агрегата на создание посадочных мест лунками.

ВЫВОДЫ

1. Совмещение технологических операций агрегатом ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У позволило снизить затраты ресурсов на 1 га в 1,62... 1,96 раза, повысить их использование в 1,54. ..1,85 раза, улучшить эколого-лесоводственное обеспечение ТП в 1,14. ..1,33 раза и повысить приспособляемость агрегата к агротехнике выполняемых работ в 1,48... 1,77 раза.

2. Для обеспечения рациональной области применения технологии создания посадочных мест лунками с одновременной расчисткой вырубок комплексным агрегатом в характерных условий таежной зоны Карелии необходимо, чтобы ТП и работа агрегата выполнялись со следующими значениями показателей, параметров и факторов: vp = 0,35...0,45 м/с, vx = 0,4...0,5 м/с,к= 6,2...6,8 кН/м,К0р= ,84...0,85, КТр = 0,93...0,96, kmo = 0,15...0,25, km = 0,15...0,25, щмр = 0,3...0,4, <ртп = 0,7...0,8.

3. Установлено снижение удельных приведенных затрат при работе комплексного агрегата в сравнении с простыми: SnrPXnal в 1,61 раза, SnTpxmnx в 1,73 раза, ЪптпшЗаг в 1,54 раза, БПТПерЗаг в 1,48 раза^ягого в 1,66 раза и SnTTO в 1,58 раза. Установлено также снижение пути, времени, энергии, топлива и труда.

4. Цикловые затраты топлива на 1 га создания посадочных мест агрегатом ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У при работе в распространенных ППУ составляют 11,47 кг. Их баланс имеет следующее распределение затрат: полезные на выполнение технологической операции - 76 %; потери на брак при выполнении технологической операции — 13 %; на повороты с гона на гон - 5 %; на внутригоновые переезды — 3 %; организационно-технологическое обслуживание — 3%.

5. Рациональное составление комплексного агрегата на базе простых агрегатов и его конструктивное совершенство стало возможным в результате сопоставления полученных значений режимов. Применение агрегата ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У снижает трудоемкость и энергоемкость на выполнение операций ТП соответственно в 1,9 и 1,7 раза.

6. Судя по величине значений Кт„ = 0,933...0,976, КоР, = 0,837...0,926 нКлг = 0,781...0,904, агротехническая приспособляемость трактора ЛХТ-55А, орудия Л-2У и агрегата ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У имеет высокие значения.

7. Установлены технологический, технический, ресурсоемкостный регламенты, использования ресурсов и эколого-лесоводственный уровень значений показателей технологического процесса выполняемого агрегатом ЛХТ-5 5 А+ТК-1,2+Л-2У (таблица 3). Выявлены рациональные эксплуатационные свойства агрегата при использовании его на вырубках таежной зоны республики Карелия.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработанная методика комплексной оценки эффективности применения технологии создания посадочных мест лунками с одновременной расчисткой вырубок комплексным агрегатом рекомендуется для проектирования лесохозяйственных ТП, выбора наилучшего варианта ТП и технических средств, оценки эффективности применения ТП в различных по жесткости ППУ.

2. Разработанные аналитические модели технико-экономических показателей рекомендуются для выявления характера и степени влияния технологических, технических, качественных показателей и параметров и природно-производственных факторов на расходуемые ресурсы и производительность с целью прогнозирования эффективности применения ТП выполняемого комплексным агрегатом.

3. Созданные методики оценки выполнения операций ТП агрегатом посредством выявления затрат пути, времени, энергии, топлива, труда и финансов могут быть рекомендованы для установления путей сокращения и нормирования затрат ресурсов, повышения производительности и обеспечения сохранения экологии при восстановлении леса.

4. Методика определения затрат топлива может быть использована для нормирования расхода топлива при производстве лесохозяйственных работ.

5. Установление трудоемкости и энергоемкости ТП и его составляющих позволило обосновать эксплуатационные режимы работы агрегата ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У. Полученные данные режимов могут быть рекомендованы к объективному выбору и комплектованию состава лесохозяйственных агрегатов, разработки конструкции их составляющих, проектированию ТП, а так же могут служить базой для дальнейшего изучения эксплуатационных режимов работы МТА подобного типа.

6. Для оценки приспособляемости МТА и его составляющих к агротехнике выполняемых работ введены коэффициенты агротехнической приспособляемости орудия, трактора и агрегата. Данные показатели целесообразно рекомендовать к использованию. Они отражают качество выполнения орудием технологической операции, свойства трактора перемещаться по вырубке без или с минимум пропусков и качество работы агрегата в целом.

7. Полученные технологический, технический, ресурсоемкостный регламенты использования ресурсов и эколого-лесоводственный уровни значений показателей ТП (таблица 3) могут быть рекомендованы к использованию при работе комплексного агрегата на вырубках таежной зоны республики Карелия

Основное содержание диссертации опубликовано в работах.

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК

1. Валяжонков В.Д. Оценка технологических свойств МТА в процессе создания посадочных мест при восстановлении на вырубках / В.Д. Валяжонков, В.Н. Иващенко, М.И. Юхнин // Вестник КрасГАУ. - Красноярск: КрасГАУ, 2011. - № 9. -219...222с.

2. Иващенко В.Н.Характер и степень влияния наличия пней на вырубке на качество работы лесохозяйственного агрегата / В.Н. Иващенко,

A.B. Родионов // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. — СПб.: - ЛТА, 2010. № 195. - 97... 106 с.

3. Валяжонков В.Д. Общая компоновка лесосечных машин последних поколений / В.Д. Валяжонков, Е.А. Васякин, В.Н. Иващенко // Вестник КрасГАУ. - Красноярск: КрасГАУ, 2012. — № 3. - 160... 164 с.

4..Иващенко В.Н. Воздействие процесса трелевки древесины от рубок ухода на лесную среду. [Текст] / Бестужев А.Н., Валяжонков В.Д., Добрынин Ю.А., Иващенко

B.Н., Коваленко. Научный периодический журнал Братского государственного университета. - Братск: БГУ, 2012.-№ 1,— 167...172 с

5. Иващенко В.Н. Обоснование выбора рационального расстояния между гонами при работе лесохозяйственного агрегата / В.Н. Иващенко, A.B. Родионов, А.Э. Эгипти // Научный периодический журнал Братского государственного университета. - Братск: БГУ, 2011. - № 4 -108... 116 с.

6. Иващенко В.Н. Структура ресурсов, затрачиваемых на выполнение лесохо-зяйственных технологических процессов / ИВУЗ, «Лесной журнал». — Архангельск: АГТУ, 2013-№5,- 156...159 с.

Статьи и материалы конференций

7. Валяжонков В.Д. Создание лесных культур на заболоченных вырубках многооперационными машинами / В.Д. Валяжонков, Ю.А. Добрынин, В.Н. Иващенко// Труды СПб НИИЛХ. - СПб.: СПб НИИЛХ, 2010. - Вып. 2. - 293...305 с.

8. Бестужев А.Н. Оценка топливной экономичности технологического процесса выполняемого лесохозяйственным агрегатом / А.Н. Бестужев, В.Д. Валяжонков, Ю.А. Добрынин, В.Н. Иващенко // Материалы международной научно-технической конференции. - Вологда: ВоГТУ, 2009.-186..,189с.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.115.02 или прислать отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, ПГТУ, ученому секретарю. Тел. (8362) 68-68-05. Факс (8362) 41-08-72.

Бумага офсетная. Печать офсетная. _Усл. п. л. 1,0. Тираж 100 экз. заказ № 698._

Редакционно-издательский центр Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета 194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер.З

Отпечатано в авторской редакции с готового оригинал макета. ТИПОГРАФИЯ ООО «ГАЛАНИКА» г.Санкт-Петербург, Институтский пер., д.З, лит. Н,К, тел.: (812) 294-3776

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

04201454443

Иващенко Виталий Николаевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОСАДОЧНЫХ МЕСТ КОМПЛЕКСНЫМ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫМ

АГРЕГАТОМ НА ВЫРУБКАХ

Специальность 05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и

лесного хозяйства»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Валяжонков В.Д.

Санкт-Петербург - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................5

1. ОБЗОР НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ ПО ТЕХНОЛОГИЯМ ВООССТАНОВЛЕНИЯ ЛЕСА И ИХ ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ...9

1.1 Особенности технологий лесовосстановительных работ......................9

1.2. Лесохозяйственные машинно-тракторные агрегаты для восстановления леса........................................................................13

1.3. Исследования в области создания лесохозяйственных машинно-тракторных агрегатов......................................................................20

1.4. Исследование природно-производственных условий.......................26

1.5. Исследование взаимодействия машинно-тракторных агрегатов с лесной средой...............................................................................28

1.6. Исследования эколого-лесоводственных последствий воздействия лесной техники.............................................................................29

1.7. Исследования эффективности и качества применения технологий и использования лесохозяйственных агрегатов.......................................31

1.8. Пути повышения технологического, технического и экологогического обеспечения восстановления лесов............................33

1.9. Выводы...............................................................................34

1.10. Задачи исследований............................................................35

2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ И МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ.................36

2.1. Программа теоретических исследований.....................................36

2.2 Методики теоретических исследований.......................................36

2.2.1. Комплексная оценка эффективности применения технологий и использования лесохозяйственных агрегатов......................................37

2.2.2. Обоснование выбора эффективной технологии и агрегата.............41

2.3. Показатели качества технологического процесса и приспособляемости агрегатов к агротехнике работ.................................42

2.4. Распределение затрат ресурсов технологического процесса...............4Ь

2.5. Удельная энергопроизводительность агрегата при выполнении технологической операции...............................................................47

2.6. Производительность лесохозяйственного агрегата при выполнении

технологического процесса..........................'....................................49

2.7. Энергоемкость технологического процесса...................................55

2.8. Трудоемкость технологического процесса....................................58

2.9. Удельные приведенные затраты технологического процесса............59

2.10. Применение разработанных моделей.........................................61

2.11. Выводы..............................................................................61

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.........................................................................62

3.1. Методика проведения исследований...........................................62

3.1.1. Выбор природно-производственных условий эксперимента..........62

3.1.2. Выбор объекта исследований.................................................63

3.1.3. Выбор основных элементов кинематики движения агрегата.........64

3.1.4 Оценка эколого-лесоводственных требований.............................65

3.1.5 Порядок проведения наблюдений............................................65

3.2. Замеряемые параметры и средства их измерения............................67

3.3. Обработка экспериментальных данных и оценка точности измерений исследуемых величин.......................................................68

3.4. Выводы...............................................................................69

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАСЧИСТКИ ВЫРУБОК И СОЗДАНИЯ ПОСАДОЧНЫХ

МЕСТ КОМПЛЕКСНЫМ АГРЕГАТОМ.............................................70

4.1. Характеристика природно-производственных условий....................70

4.2 Выбор объекта исследований.....................................................70

4.3. Оценка качества работы комплексного агрегата...........................72

4.3.1. Анализ изменения качества работы под влиянием количества пней

и порубочных остатков.................................................................72

4.3.2. Анализ влияния на агротехнические показатели технологического процесса густоты посадки.............................................................77

4.4. Режимы работы лесохозяйственного агрегата...............................83

4.4.1. Анализ скоростных режимов работы агрегата...........................84

4.5. Энергетическая оценка агрегата при выполнении технологической операции......................................................................................85

4.6. Анализ затрат ресурсов...........................................................88

4.7 Анализ расхода топлива при создании посадочных мест комплексным агрегатом ЛХТ-55А+ТК-1,2-Л2У.......................................................94

4. 8. Анализ влияния основных факторов, параметров и показателей на эффективность выполнения технологического процесса.........................99

4.8.1. Анализ влияния природно-производственных факторов на эффективность выполнения технологического процесса......................99

4.8.2. Анализ влияния технических и технологических параметров и показателей на эффективность выполнения технологического процесса... 108

4.9. Уровень значений показателей, характеризующих технологический процесс создания посадочных мест агрегатом ЛХТ-55А+ТК-1,2+Л-2У......121

4.10. Выводы.............................................................................129

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ...........................................131

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.................................138

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................142

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................157

Приложение А - Природно-производственные условия....................... 157

Приложение Б - Объекты исследований......................................... 158

Приложение В - Качество работы агрегатов..................................... 160

Приложение Г - Затраты ресурсов................................................. 122

Приложение Д. - Коэффициенты регрессии.....................................180

Приложение Е.- Принятые обозначения............................................181

t

ВВЕДЕНИЕ

Среди богатств, которыми наделила Россию природа, лес является самым значительным. Как никакой другой природный ресурс он способен в значительной мере обеспечить экономическое процветание страны и благосостояние ее населения. В экономике страны продукты леса используются практически во всех отраслях. Российский лес и продукты его переработки востребованы в большинстве стран мира.

Наибольшую площадь лесов имеют: Россия - 22%, Бразилия - 14%, Канада - 6%, США - 6%, Китай - 4% [81]. Лесной фонд Российской Федерации составляет почти 12 млн км2, покрытых лесной растительностью земель

'у

— 8 млн км . Более 25% мировых запасов древесины на корню сосредоточено в России [81]. Леса России имеют планетарное значение, играя большую роль в глобальных процессах регулирования состояния окружающей среды и предотвращения негативных изменений климата. Основные леса России расположены в бореальном поясе и являются самым крупным «хранилище» углерода в мире [57]. Важное место занимают леса Республики Карелии.

Имея такие несметные богатства, мы с недостаточным вниманием относимся к их сбережению и преумножению. Отечественные способы и средства восстановления леса в настоящее время находятся не на должном уровне, что негативно сказывается на производственной эксплуатации машин, которая является основной стадией их жизненного цикла. Они значительно отстают от потенциальных возможностей применяемых технологий и машин в развитых лесных странах.

Практически все лесные хозяйства имеют большую нехватку технических средств, что отрицательно сказывается на качестве ведения производственной деятельности. Применяемые в нашей стране машинно-тракторные агрегаты (МТА) работают с низкой эффективностью. Они комплектуются в основном на базе орудий, машин и тяговых средств мало приспособленных к работе на лесных площадях.

Для создания рентабельного отечественного лесного хозяйства необходимо провести перевооружение отрасли современными техническими средствами. Требуется разработать стратегию по созданию новой лесохозяйст-венной техники, отвечающей по своему уровню современным требованиям и доступной по стоимости рядовым предприятиям. Решение данной альтернативы особо касается как тяговых средств, так и машин и орудий. Кроме того, необходимо уделить внимание всесторонним исследованиям по созданию новых и совершенствования существующих технологий лесовосстановления.

Цель работы - повышение эффективности применения машинизированной технологии создания посадочных мест на вырубках комплексным агрегатом на основе сбережения ресурсов, экологии и обеспечения рационального качества выполнения работ.

Задачи исследования:

1. Разработать метод комплексной оценки эффективности применения технологических процессов (ТП) совмещающих расчистку вырубок с созданием посадочных мест лесохозяйственными агрегатами на принципах сбережения ресурсов и снижения воздействия на лесную среду.

2. Создать комплекс аналитических моделей, отражающих затраты основных ресурсов на выполнение технологических процессов совмещающих расчистку вырубок с созданием посадочных мест лесохозяйственными агрегатами в зависимости от технологических, технических, экологических и экономических показателей и параметров, организационных приемов и при-родно-производственных факторов.

3. Разработать методы оценки рационального перемещения лесохозяй-ственного МТА по поверхности вырубки с обеспечением минимальных затрат ресурсов по отдельным составляющим выполняемого ТП.

4. Обосновать повышение эффективности лесовосстановительных работ за счет применения на расчистке вырубок и создании посадочных мест комплексными лесохозйственными агрегатами.

5. Установить технологический, технический регламенты использования ресурсов и эколого-лесоводственный уровни технологического процесса, совмещающего расчистку вырубок с созданием посадочных мест комплексными лесохозяйственными МТА для одновременного выполнения данных видов работ в составе гусеничный трактор класса тяги Зт + клин корчеватель + машина для подготовки посадочных мест.

Объект исследования - способы и средства машинизированной технологии создания посадочных мест на вырубках.

Предмет исследования - система показателей, отражающих производительность, расход и качество использование ресурсов, эколого-лесоводственное обеспечение и приспособляемость машин к агротехнике выполняемых работ для оценки эффективности применения способов и средств создания посадочных мест на вырубках комплексным агрегатом.

Научная новизна работы: Разработана методика многокритериальной комплексной оценки эффективности применения ТП, совмещающего расчистку вырубок с созданием посадочных мест комплексным МТА на принципах сбережения ресурсов и рационального качества выполнения работ; методика оценки передвижения лесохозяйственного МТА при выполнении ТП по лесокультурной площади с выявлением распределения затрат ресурсов на отдельные операции;

Создан комплекс аналитических моделей, отражающих затраты ресурсов [53] на выполнение ТП, совмещающего расчистку вырубок с созданием посадочных мест комплексным МТА в зависимости от технологических, технических, эколого-лесоводственных, экономических показателей и параметров, организационных приемов и природно-производственных факторов;

Экспериментально определен технологический, технический, ресурсо-емкостный регламенты использования ресурсов и эколого-лесоводственный уровень ТП совмещающего расчистку вырубок с созданием посадочных мест комплексным МТА в условиях таежной зоны Карелии.

Значимость для теории.

Разработанная методика многокритериальной комплексной оценки эффективности дает возможность по количеству затрат основных ресурсов и их использования, качеству выполнения работ и уровню воздействия на лесную среду оценить ТП совмещения расчистки вырубок с созданием посадочных мест на них комплексным МТА и произвести выбор наилучшего варианта процесса, реализуемого различными техническими средствами.

Разработанный комплекс аналитических моделей обеспечивает на стадии проектирования ТП и выбора технических средств его реализации прогнозировать эффективность применения процесса и позволяет устанавливать характер и степень влияния на основные показатели эффективности факторов и параметров, отражающих ППУ, технологию и техническое средство.

Значимость для практики.

Разработанные методики выявления распределения затрат ресурсов ТП по его составляющим дают возможность судить о рациональности ТП с позиции полезного использования пути, времени, энергии, труда, денежных средств и снижения воздействия на лесную среду.

Определен технологический, технический, ресурсоемкостный, использования ресурсов и эколого-лесоводственный уровень значений показателей эффективности ТП совмещающего расчистку вырубок с созданием посадочных мест комплексным МТА.

На защиту выносятся следующие положения:

- методика комплексной оценки эффективности применения ТП совмещения расчистки вырубок с созданием посадочных мест комплексным МТА;

- методики оценки распределения затрат ресурсов на ТП по отдельным его составляющим;

- комплекс аналитических моделей, отражающих затраты ресурсов ТП;

- режимы работы агрегата и его топливная экономичность;

- технологический, технический, ресурсоемкостный регламенты использования ресурсов и эколого-лесоводственный уровень ТП.

8

1. ОБЗОР НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ ПО ТЕХНОЛОГИЯМ ВООССТАНОВЛЕНИЯ ЛЕСА И ИХ ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ

1.1. Особенности технологий лесовосстановительных работ

Технология создания лесных культур выбирается с учетом зональных особенностей восстанавливаемых лесных площадей, условий места произрастания, наличия жизнеспособного подроста, давности рубки и гари, количества пней, порубочных остатков и валежника, наличия поросли лиственных пород, степени влажности, задернения и механического состава почвы.

Проектом системы технологий и машин для комплексной механизации лесного хозяйства [130] предусмотрено следующее количество базовых технологий: четыре - содействия естественному возобновлению леса; пять -создания лесных культур на вырубках с дренированными почвами; четыре -создания культур на вырубках с временно переувлажняемыми почвами. Распределение лесной площади зоны тайги северо-запада России, по способам лесовосстановления, представлено в таблице 1.1.

В северо-таежной подзоне тайги с временно и избыточно увлажненными почвами естественное возобновление происходит успешно. Под это восстановление отводится до 20% площади вырубок. Для среднетаежной части также с временно и постоянно переувлажненными дерново-подзолистыми почвами, характерно увеличение доли мягколиственных пород. Это усложняет возможность естественного возобновления. Поэтому участие лесных культур преимущественно на временно переувлажненных почвах увеличивается до 30 %. В южно-таежной подзоне вероятность лет с избыточным увлажнением понижается до 30%. Повышение доли мягколиственных пород в соста-

Таблица 1.1 — Распределение лесной площади, зоны тайги северо-западной части России, по способам лесовосстановления [130]

Подзона Распределение площади по способам лесовосстановления, %

лесные куль- содействие естествен- естественное

туры ному возобновлению возобновление

северо-таежная средне-таежная южно-таежная 20 29 52 57 51 34 23 20 14

ве насаждений осложняет возможности естественного возобновления, поэтому приоритетными становятся в этой части лесные культуры [130].

Технологией лесовосстановления предусматривается: очистка вырубки от порубочных остатков, валежника, поросли, частичное удаление пней или их фрезерование до уровня почвы, а также очистка гарей от древесины и захламленности; подготовка почвы; посев семян или посадку сеянцев и саженцев; уход за лесными культурами.

Основным звеном искусственного лесовосстановления является подготовка почвы под посев или посадку. Технологические способы создания посадочных мест под культуры приведены на рисунок 1.1. Почву готовят лентами через 3.. .5 м в виде борозд с пластами и взрыхленных гряд.

На нерасчищенных вырубках со слаборазвитым травяным покровом создают посадочные места с одновременной посевом семян, посадкой сеянцев и саженцев ручным способом без предварительной подготовки почвы с помощью посадочных и посевных труб и меча Колесова. Посадочное место представляет собой конус с овальным основанием глубиной до 25...30 см (рисунок 1.1,а). Большим недостатком данного способа является невозможность применения машинизации при дальнейших уходах за культурами, так как трудно выполнить посев и посадку рядами [38, 39, 52, 104].

При развитом травяном покрове про�