автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Повышение эффективности освоения лесосек с переувлажненными грунтами путем обоснования рациональной технологии

6 О»

»л»

На правах рукописи

ЦЫГАРОВА Марина Валентиновна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСВОЕНИЯ ЛЕСОСЕК С ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫМИ ГРУНТАМИ ПУТЕМ ОБОСНОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ (в условиях Республики Коми)

05.21.01. Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ЦЫГАРОВА Марина Валентиновна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСВОЕНИЯ ЛЕСОСЕК С ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫМИ ГРУНТАМИ ПУТЕМ ОБОСНОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ (в условиях Республики Коми)

05.21.01. Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Диссертационная работа выполнена на кафедре технологии лесозаготовительны: производств Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ — доктор технических наук,

профессор, академик РАЕН, Меньшиков В.Н.

ОФФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ — доктор технических наук,

профессор, академик РАЕН Александров В.А.

кандидат технических наук, ст. науч. сотр., Шварц Д.М.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ — АО «Лесинвест» (Гипролестранс)

Защита диссертации состоится « 30 » декабря 1998 г. в 13 часов на заседании сп< циализированного совета Д. 063.50.01 в Санкт-Петербургской лесотехнической академи (194021, С-Петербург, Институтский пер., 5, Главное здание, зал заседаний)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан « ¿7» иол£>ря 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Анисимов Г.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. О необходимости обеспечения рационального и неистощитель-ного лесопользования, исходя из принципов устойчивого управления лесами и сохранения биологического разнообразия, отмечалось на Конференции ООН по окружающей среде и развитию (г. Рио-де-Жанейро, 1992 г.). Это приводит к тому, что покупатели лесопродукции имеют право отказываться от закупок, если не осуществлены мероприятия по сохранению или восстановлению лесной среды. Проведение лесозаготовок в районах Европейского Севера, в частности в Республике Коми, имеет большие трудности, вызванные тем, что обширная часть лесных площадей расположена на переувлажненных и заболоченных фунтах с низкой несущей способностью. Эти неблагоприятные условия отрицательно сказываются на производительности лесозаготовительной техники, особенно трелевочных тракторов, на состоянии лесной среды после лесозаготовок, на транспортно-технологическом процессе освоения лесосек. Воздействие лесозаготовительной техники на лесную среду при проведении работ в безморозный период, вызывает целый ряд отрицательных последствий. Существующие технологические процессы лесосечных работ предусматривают лишь один способ исключения отмеченных отрицательных последствий - укрепление порубочными остатками трелевочных волоков. Однако этот технологический прием не всегда возможен и не всегда эффективен, например, в тех случаях, когда очистка деревьев от сучьев осуществляется на погрузочном пункте с последующей переработкой или когда порубочных остатков недостаточно. Необходимы поиски других способов усовершенствования технологических процессов лесозаготовок вообще, и на переувлажненных грунтах в частности. Поэтому разработка методов по обоснованию рациональных технологических процессов лесосечных работ является актуальной.

Цель работы. Повышение эффективности освоения лесосек с переувлажненными грунтами путем обоснования рациональной технологии. Достижения поставленной цели осуществлялось проведением теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна. Разработан метод и математические модели для обоснования рациональной технологии лесосечных работ при освоении отдельных или комплекса лесосек с переувлажненными фунтами, базирующихся на учете экологических требований сохранения лесной среды, способов лесовосстановления, транспортного освоения лесосек, систем лесосечных машин, способов и расстояния вывозки древесины, системы лесоскладского оборудования, таксационных показателей древостоев и массы крон деревьев, а также с учетом планирования оптимальной расстановки трелевочных тракторов на лесосеке. Разработан комплекс математических показателей для экологической оценки схем разработки лесосек с учетом лесовосстановления и модели для определения массы крон деревьев, растущих на увлажненных фунтах, как сырья для укрепления трелевочных волоков. Разработан комплекс

математических показателей для определения протяженности транспортно-технологчческой сети на лесосеках с различным расположением пасек, магистральных волоков, лесовозных усов и погрузочных пунктов. Определены технологические и экономические показатели, характеризующие транспортно - технологические процессы разработки лесосек с переувлажненными грунтами в различных типах низкобонитетных древостоев с применением разных систем лесосечных машин, схем расположения лесовозных усов, трелевочных волоков и погрузочных пунктов, получены показатели для оптимальных процессов лесосечных работ. Определены показатели и получены уравнения регрессии, характеризующие зависимости скорости движения трелевочного трактора и его производительности от глубины колеи волока и объема трелюемой пачки.

Научные положения выносимые на защиту. Метод и математические модели для обоснования рациональной технологии лесосечных работ при освоении отдельных или комплекса лесосек с переувлажненными грунтами; комплекс математических показателей для экологической оценки схем разработки лесосек с учетом лесовосстановления; комплекс показателей для определения протяженности транспортно-технопогической сети на лесосеках; комплекс показателей для экологической оценки схем разработки лесосек; комплекс показателей для оценки транспортно - технологического процесса освоения лесосек с переувлажненными фунтами; результаты исследований влияния глубины колеи волока на скорость трелевки и производительность трелевочного трактора.

Достоверность выполненных исследований подтверждается: - положительными ре зультатами внедрения обоснованной рациональной технологии; - современными средства ми научных исследований, базирующихся на положениях теории вероятности, линейногс программирования, - полученными регрессионными моделями и их адекватностью по отно тению к исследуемому процессу.

Практическая значимость. Внедрение разработанных методов по обоснованию ра ционапьного транспортно-технологмческого освоения лесосек позволит: снизить повре» даемость почвенного покрова; обеспечить устойчивую работу лесосечных машин на пере увлажненных фунтах; снизить эксплуатационные затраты на освоение лесосек и себестои мость заготовки леса. Полученные математические модели, алгоритмы и реализующие и программы рекомендуются к использованию в лесозаготовительных предприятиях, в учеС ном процессе.

Место проведения. Работа выполнена на кафедре технологии лесозаготовительнь: производств Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии и в песоз; готовительных предприятиях Республики Коми.

Реализация работы. Результаты расчетов на ПЭВМ, и разработанные рекомендаци связанные с оптимизацией технологического процесса освоения лесосек с переувлажне

1ыми фунтами, учитываются при разработке лесосек в Боровском ЛПХ объединения «Ко-иилес».

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на научно-технических конференциях в ЛТА им. С. М. Кирова а 1996-1997 гг., на республиканской научно-практической конференции «Региональные проблемы развития лесного комплекса» в г. Петрозаводске в 1997г., на республиканской научно-практической конференции «Эколого-экономические проблемы охраны окружающей среды» в г. Сыктывкаре в 1998г., на конференции молодых ученых лесотехнической академии, посвященной 200-летию Лесного департамента России в 1998 г. На конкурсе научно - исследовательских работ аспирантов и молодых ученых в 1998 г. работа получила фант центра фундаментального естествознания при Санюг-Петербургском государственном университете.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано девять печатных работ. Результаты исследований отражены в научном отчете кафедры технологии лесозаготовительных производств СПб ПТА им. С.М. Кирова в 1997 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем работы ilß е., из них Ißl с. машинописного текста, ¡9 рисунков, ¿Q таблиц, ^¿приложений. Список литературы содержит 144 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель исследований, задачи исследований, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту, приведена краткая характеристика работы в целом

В первом разделе приведена краткая характеристика лесов и грунтовых условий Республики Коми. Отмечается, что преобладают зеленомошные типы древостоев, отличающиеся переувлажненными фунтами. Процент переувлажненных фунтов по Республике Коми составляет 70%. Леса характеризуются низким запасом леса на 1 га (80-120 м3) и малым объемом хлыста (0.17-0.21 мэ).

Во втором разделе приведен обзор и анализ состояния вопроса. Обзор охватывает исследования: по колееобразованию при работе разных марок тракторов и типов фунтов; по влиянию колееобразования на производительность тракторов; по технологическим процессам лесосечных работ с позиции влияния на экологическую среду лесосеки. Обзор и анализ выполнен по работам профессоров Анисимова Г.М., Александрова В.А., Кочегарова В.Г., Ко-тикова В.М., Меньшикова В.Н., и др., а также доцентов и к.т.н. Шеховцова Д.И., Виногорова Г.К., Аболя П.Н. и др.

13,39

. X. * Ц

—Д/гс —'

•а] [У

Рис. 1. Схемы планировки лесосек

трелевочного трактора. Данная задача решается с учетом воздействия лесной техники и технологии на лесную среду. Последнее требование в свою очередь обязывает учитывать весь лесозаготовительный процесс: лесосечные работы, вывозку леса, лесоскладские работы. От применяемых систем машин на лесосечных работах зависит состав систем машин на вывозке и на складских работах, и наоборот.

В качестве основного метода решения поставленной задачи является определение длины пасеки с учетом числа проходов трелевочного трактора по волоку до момента образования колеи глубиной не более критической, при которой до определенного предела снижается скорость движения трактора и его производительность. Обозначим такое число проходов через Пкриг.- критическое число рейсов. Тогда длина пасеки для этих условий -Вфит. составит:

п А/

(1)

Ид

где М - объем трелюемой пачки (нагрузка на рейс), м3; Ь - ширина пасеки, м; Ч - запас леса на 1 м*; м3.

Увеличение этого расстояния осуществляется или за счет порубочных остатков, укладываемых на волок или варьированием в выражении (1) двумя показателями: М или И. При укладке порубочных остатков (сучья, вершины) на волок толщина слоя должна быть достаточной для удовлетворительной разработки всей пасеки, что зависит от объема (массы) крон деревьев, расположенных на пасеке. Толщина слоя порубочных остатков на волоке #0 составит:

Я = или я = (2)

п

где ХСг1(п) - масса кроны деревьев в возрасте т*. кг.; у^^ - плотность ствола, кг/м3; В - ширина (глубина) лесосеки, м; Ь - ширина волока, м; - коэффициент полнодревесности.

Объем порубочных остатков, а следовательно, масса и объем крон деревьев определяется исходя из вероятностного числа деревьев по диаметрам. В таксации для этого используют обобщенную кривую нормального распределения, описываемую выражением:

агг

где л, - теоретическая численность деревьев определенного диаметра; N - общее число деревьев в древостое, шт.; С - величина разряда между деревьями; Ой - среднеквадратическое отклонение; ^ - среднее значение (середина) разряда; I - порядковый номер диаметра; с1д - средний диаметр деревьев, см.

Применение выражения (3) возможно, если значения показателя ассиметрии (косости Из) и эксцесса (крутости - щ) меньше критического значения to.os- (В генеральной совокуп-юсти ц3 = О, Ц4 = 0). Если оценка этих показателей с помощью t- критерия приводит к выво-iy о значимости хотя бы одного из них, то распределение следует считать согласующимся с юделью нормального распределения. В этом случае теоретическую численность рассчиты-1ают по уравнению Шарлье, которое учитывает имеющиеся асимметрию и эксцесс:

б

24*

(4)

де f(Xi) - значения функции нормальной кривой при Nfo = 1; цз, Ц4 - третий и четвертый цен-ральные моменты; f*3)(Xj), f^'fa) - 3-я, 4-я производные функции.

Jjt^l^yhzifl]

' 1 " J, (5)

/<3)(*()=

1

crWSr

/(%)=-

— ..¡Г

(6)

С учетом этого, получаем распределение стволов по диаметрам и

зысотам по каждой породе

»«дЖн ) + »с2Р(^2) + ■■■+ ) = ^

Тогда, общая масса крон деревьев по каждой породе составит:

¿С, = «(</,, )Ск (</,„ )+... + п{с1л Рк (¿А//Д (7)

где «(¿д), ..,«^) - число деревьев соответствующего диаметра;

Ок ((¿а1,Нм (с/л,//л) - масса кроны деревьев соответствующих диаметров и высот, кг.

На объем трелюемой пачки влияют ширина пасек, волоков, и способ трелевки. Эти факторы совместно с показателем средняя высота древостоя определяют размер площадки, с которой формируется пачка за один прием подтаскивания пачки лебедкой трактора. Учитывая изложенное в выражениях (3-6), распределение деревьев на площадке, с которой формируется пачка, будет также подчиняться нормальному закону, а в соответствии с этим, и объемы пачек на пасеках и лесосеке в целом.

Объем пачки для определенных условий обычно постоянен (он изменяется незначительно), поэтому варьировать можно величиной Ь:

n Min

h = _2=-iL, (8)

Bg

где ry - число лесовозных усов на лесосеке.

Ширина пасеки h оказывает также влияние на: - производительность трелевочногс трактора, - экологию вырубки. В первом случае: Пч = f (М, V); V= f (М); М= f (h), где V - скорость движения трактора с пачкой. Во втором случае: чем меньше h, тем больше площадь под пасечными волоками, меньше площадь лесопродуцирования и больше затрат на лесо-восстановпение.

Отрицательному воздействию подвергается также площадь, занятая под магистральные трелевочные волока и погрузочные пункты, под просеки для лесовозных усов, под объездные волоки, под обустройство мастерского участка.

Общая отмеченная площадь составит:

Sn = STC+SK+SM1-i-Snn+Snn+Sy+So.>1 у., (9

где S„ - общая теоретическая площадь, подвергшаяся отрицательному воздействию лесоза готовительной техники; Sm, S*,, S№, Snn, Sm, Sy, S0,u y. - то же, соответственно на пасечных объездных, магистральных волоках, на полулентах (полупасеках), на погрузочном пункте, нг просеке под лесовозный ус и под обустройство мастерского участка.

Для определения этих площадей предлагаются следующие формулы:

S.„ = 4к,Ь[(В - 0.5h гуКо], (10

я

Sao — íaoHm, (11

S„„ = {t(H а, a2 + bi+bz^nnjny,. (12

s№ = b L,[b (А Ко К, -(H а, а2 +Ь, + b2 )nm ]л№ (13

Sy = Lyc , So.« ,. = So.u y Поб, (14

Snn = ~ В [(A-b-A™], (15

Д

где b - ширина колеи трелевочного трактора или лесозаготовительной машины, м; К» - ко эффициент, учитывающий уширение трелевочного волока в процессе эксплуатации (зави сит от почвенных условий); h - ширина пасеки (при использовании на валке машин вместо I подставляется Д - ширина разрабатываемой ленты), м; Ко - коэффициент, учитывающий не прямолинейность пасечных и магистральных волоков, Ко = 1—1,2; п^ - количество участко лесосеки, расположенных по разным сторонам лесовозного уса; l„ - длина объездного тре левочного волока вокруг лесопогрузочного пункта для разворота пачек хлыстов (деревьев комлями в сторону вывозки, м; п„„ - общее число лесопогрузочных пунктов на лесосеке пр оптимальном варианте ее разработки; Н - средняя высота древостоя или деревьев по поре дам, м; а, - коэффициент, учитывающий снижение средней длины деревьев (хлыстов) з

и

счет оставляемого пня и обрезанной или обломившейся вершины; а2 - коэффициент, учитывающий вид вывозимого леса, (а2 = 1 - при вывозке деревьев, а2 = 2 - при вывозке хлыстов); Ь, - ширина прохода сучкорезной машины, м; Ь2 - ширина проезда для трактора при выравнивании комлей деревьев (хлыстов), м.; Ь3 - ширина (глубина) лесопогрузочного пункта, м; Ь4 - ширина ленты леса, вырубленной под просеку для лесовозного уса, м; 1ВИ - общая длина магистральных волоков на лесосеке, м; - общая длина лесовозных усов на лесосеке или ее части; вол.,. - площадь лесосеки, отводимая под обустройство одного мастерского участка, га; Пое - количество площадок под обустройство мастерского участка. Качество планировки лесосек предлагается оценивать показателями:

- удельная площадь общего отрицательного воздействия лесозаготовительной техники на заготовку 1 м3 древесины, м2 (га):

Э? = ^ , (16)

б

- удельная площадь трелевочных волоков, пасечных и магистральных, на заготовку 1м3 древесины, м* (га):

«А ^ *т

д

- удельная длина трелевочных волоков на заготовку 1 м3 древесины, м:

(17)

(18)

(3

где Ц„ - длина пасечных волоков, м;

- удельная длина трелевочных волоков и лесовозных усов на заготовку 1 м3древесины, м:

ва*4-ус 0, '

- процент площади лесосеки без повреждения почвенного покрова:

=^—^100%. (20)

где впф - площадь лесосеки, на которой отсутствовал древостой и которая представляет ле-сокультурный фонд, га.

В приведенных выражениях протяженность магистральных трелевочных волоков и лесовозных усов при одноэтапной и двухзтапной трелевке, применительно к схемам планировки (рис.1) определяется по выражениям, представленными в диссертации. Площади и длины в выражениях (16 - 20) должны определяться для оптимальных (рациональных) схем освоения лесосек, когда эксплуатационные затраты минимальны.

Показатели (1 и Д влияют также и на последующие лесовосстановительные работы. Известно, что ширина полос на свежих вырубках, на которых производится корчевка пней и последующая посадка, составляет 4...4,5 м и 2...2,5 и, в зависимости от того, какой вид ле-сохозяйственных машин применяется.

Эти полосы чередуются с не расчищенными, шириной соответственно 3 и 2 м. С учетом данных рекомендаций расстояние И или Д между осями трелевочных волоков при их ширине 5 м. и число лент - п„ должно быть:

И, Д, м: 9-9,5 16-17 23 - 24,5 30-32 37 - 39,5 44 - 47 54 - 54,5 пп, лент: 1 2 3 4 5 6 7

И, Дм: 11-12 15-16,5 19 - 21 23 - 25,5 27 - 30 31 -34,5 35 - 39 п„. лент: 2 3 4 5 6 7 8

Таким образом, принимаемая ширина пасек и лент в формулах (1, 10-15) должна соответствовать рекомендуемым размерам.

Приведенные рекомендации позволяют определить общую протяженность обработанных полос на вырубке - и,р ( при раскорчевке, вспашке, посадке), что, в свою очередь, позволяет определить затраты времени на обработку вырубки по каждой операции - Т0 и производительность лесовосстановительныхмашин -П^, и Пга/Си - на каждом вцде работ с учетом разработки лесосек и применяемых лесосечных машин:

+ (21)

'об 'к

Пч (22)

■■о

П„ (23)

•"о

где Уоб, \/хх - скорость движения лесовосстановительной машины при выпонении технологической работы и на холостом переездах, км/ч; 8Л - площадь (вырубки) лесосеки, га; Боб . площадь обработанных полос, га.

При выборе ширины пасек и лент следует учитывать также, что, например, производительность валочно-пакетирующих машин типа ЛП-19 повышается при увеличении А до определенной величины, в зависимости от таксационной характеристики лесосеки. В формулах (7 -19), с учетом схем разработки лесосек (рис.1) имеет место взаимосвязь всех показателей. Все операции, составляющие процесс транспортно-технологическое освоение лесосек, имеют стохастический характер. Поэтому, общие затраты времени на комплексное освоение лесосеки будут представлять собой векторную величину. С учетом этого замеча-

ния математическое ожидание общих затрат времени на транспортно - технологическое освоение лесосеки составит:

"!Г-<т ( "„ ^ ( 1 ___| О, ^ 0. ■ ) О,

ЧО "в "(С) «СО «СО ЧО Ч/О

а

а

а

а

а

«СО «(О «*ЛТ) «(Л^) ЧЛГ) КЛЛ ЧЮ Ч^)

+ча>

( 1 +-М1

ЮГ Г/1ЮЛ О гхЛпл ^оЛпв/ К г/тй ч'гЛил утл ' гА**)

"Г , , , +ЦЦ^, ,

теет

стр

г маг

Ч^С) «.) КС) Ч^У ч^О

+ча)-

1 1

—+—

I/» 17"

у ггуе х^уСу

со<\см> гхвет ххвкт.

н—)

.V V

\ гхмаг хила?./

аИШЙ | . ПИ)

+ча>-

1 1

тгтггй т/тгА \'гХ2 Ухх2

ЗбО^-^^Л/""'

1 19ТМ

^ 40,)-

[ ^УГ у КГ

Т/*™ 1 ' ^ ! Г/8™ уяпм XXI14 У " ус V ЛГУ«

1 1

— +Т— 1 +

+ЧШ

1 1

— +—

т/оо т/чо гхус

ш4гсч--г„ургм™

+—1+с

у» ГГ° I

гхвет ххмт/

1_ 1 [/•*> т.'™

{Т^-Т^КГ

ал , ол , од, .олО-О. ел ,од/с

а

чдп члгп ч^г) ч/о ч/о члг") ч/^пг

(24)

где Ц,- длина магиспрального волока, м; п„п, ппП1 - число пофузочных пунктов на лесосеке и за ее пределами; 0Л - запас древесины на лесосеке, м3; <2° - запас отходов на лесосеке, мэ; Т„ - продолжительность рабочей смены, ч; ф1 - коэффициент использования рабочей смены; М та - объем пачки, трелюемой на первом этапе, м3; М"™3 - объем пачки, трелюемой на втором этапе, м3; 17"' Д7" " продолжительность погрузки и разфузки пачки на первом этапе,

с; К1, Кг - коэффициенты, учитывающие схему расположения фелевочных волоков,(схема разработки лесосеки); К„ - коэффициент, учитывающий потери древесины от общего перво-

1

/

начального заготавливаемого объема; Кт* - коэффициент, учитывающий потери древесины после раскряжевки; V""1- скорость транспортировки (вывозки) на первом этапе, м/с; \/"™2,\/™2 - скорость транспортировки (вывозки) на втором этапе, м/с; I™1 - расстояние трелевки на втором этапе, м; П^" - сменная производительность валочно-пакетирующей машины, м3; П™ - то я® обрабатывающей машины; П^ - то же бензопилы; П^ - то же по-фузчика; П ^ - то же валочной машины.

Учесть стохастичность всех операций, входящих в модель (24) не представляется возможным в одной работе. Кроме того, стохастичность целого ряда операций учтена в ряде работ. Поэтому, основное внимание обращалось на трелевку леса тракторами, а именно на степень и характер влияния глубины колеи волока на производительность трактора.

Для определения производительности трелевочного трактора при различных схемах планировки лесосек были найдены величины коэффициентов К,, К2 для всех схем (рис.1), входящих в соответствующее выражение модели (24). Эти величины приведены в диссертации. Для определения возможной толщины слоя порубочных остатков, обеспечивающего необходимое по технологии количество проходов трелевочного трактора, находили возможную массу лесосечных отходов. Примем следующие обозначения: в^т»), вс^, Сдл.(„), СЗ*(о:), СЛ(1Х), - масса кроны деревьев, сучьев, древесной зелени, веточек, хвои и листьев соответственно в возрасте кг.; вд^, - масса ствола и дерева, кг.

Перечисленные элементы отдельного дерева связаны соотношениями:

^д(-п) = ^от(п) = ^с(а)

~ &ст(и) + пг) + ^»(я) + ^х(я)

(25]

или

^дз(ет) = Р ст(гх)У ст(гх)^ ¡Цгх) = Р«(пг)^ст{а)Уо»(п)

^х(гх) ~ Р х(ъ'Уап(-а{У ап(гх)&л{-к) ~ Р ст(-а)У ст(-а)

(26

где Рк(к), Рв(тх), РдЦгх), Рс(«>, рх(«) - коэффициенты, учитывающие процентное содержани< соответствующего элемента дерева от массы ствола; Рс,*(«), Рв,«(а), Рдэ.ц«) - то же от маса кроны; рвлз(тх), рхлз(«), Рл,дз(хх) - то же от массы древесной зелени.

Разнообразие представления элементов дерева формулами (25-26) позволяет учесть специфические особенности заготовки леса с утилизацией лесосечных отходов, например, изменение массы ствола, кроны, зелени в определенные сезоны года.

Общая масса фоны всех деревьев на лесосеке составляет:

^р'У^п' +РХ1Г°смП°

(27)

где п°, пв, пб, п° - число деревьев соответствующей породы; буквы С, Е, Б, О обозначают породу деревьев.

Для нахождения слагаемых в (27) разработаны номограммы, которые приведены в диссертации. Более точное определение реальной массы будущих лесосечных отходов должны определяться с учетом количественного распределения деревьев по диаметрам и высотам внутри каждой породы (7). С учетом этого находится вероятность попадания принятых диаметров (или их групп) на участке от с)д у до йд^и. Тогда общая масса крон деревьев по каждой породе составит.

п

£<?«(=) = п{с1д1)(}к{с1д1,нд1)к +... + п(с1д1)а(тк(с1а,На1)Т1

(28)

где п(с!д1}, ,п(с!д1) - число деревьев соответствующего диаметра;

бк(с!д1, Нд1),...Сц(с1дь НдО - масса кроны деревьев соответствующих диаметров и высот,

кг.

Исследования показали, что из массы кроны стоящих деревьев на укрепление волока расходуется только часть ее, которая, в зависимости от технологии разработки пасек и способа трелевки, составляет 30...50%. Остальная часть может оставаться на полупасеках, стволах деревьев, на погрузочном пункте.

Оценка рациональности транспортно-технопогического процесса освоения лесосеки определялась с учетом эксплуатационных затрат. Модель для оценки базируется на (24) и приведена в диссертации.

В соответствии с математической моделью показателя эффективности транспортно-технопогического процесса освоения лесосеки и комплекса лесосек разработан моделирующий алгоритм, блок - схема которого представлена на рис.2. На основе алгоритма составлена программа, текст которой представлен в диссертации.

В практике лесозаготовок могут иметь место случаи, когда к одному лесовозному усу примыкает несколько лесосек, тогда следует учитывать их расположение по отношению к усу и относительно друг друга.

Если имеется ветка и к ней примыкает несколько кварталов с количеством / лесосек, подлежащих различным видам рубок, то рациональный вариант расположения транспортной сети должен быть рациональным и общим для всех лесосек, примыкающих к конкретной ветке, т.е.

£С0(ед(Го) - тТС0,аЛчУ Здесь может быть два решения:

(29)

ЕС,

««дЧ'ое)

= [п1шС0,

или

+• 4-Г

Рис. 2. Упрощенная блок - схема алгоритма поиска рационального транспортно - технологического процесса освоения лесосек

пш^С,,

+1ШпС„

]->пш1, (31) + пшЕС.„„, +

1

(32)

Найденный рациональным вариант транспортно - технологического процесса разработки лесосеки устанавливает оптимальное количество погрузочных пунктов на лесосеке. Это определяет разбивку лесосеки на бригадные делянки, их размеры, количество, расстановку трелевочных тракторов. Когда лесосека имеет достаточную площадь и древостой на лесосеке расположен по всей площади равномерно (имеет одинаковую таксационную характеристику), вопрос по оптимальной расстановке бригад (и трелевочных тракторов) не возникает. Если же на лесосеке имеются выдела (участки) отличающиеся по таксационным показателям, то появляется новая задача - как расставить лесозаготовительные бригады, снабдив каждую п - ым количеством трелевочных тракторов, чтобы расстановка была оптимальной при освоении всех делянок, не нарушая оптимальный вариант найденный при решении первой задачи. Данная задача может иметь место также тогда, когда таксационная характеристика бригадных делянок одинаковая, но применяемые трелевочные тракторы отличаются по своим техническим и конструктивным характеристикам. В результате, производительность тракторов при разработке соответствующей делянки, а также средневзвешенная по всем делянкам, будет отличаться ка> между собой, так и от найденной в первой задаче. Важно, чтобы отличие средневзвешенно!; производительности было минимальным. В соответствии с этим число машино-смен на оо воение всех делянок, а также эксплуатационные затраты должны быть равными тому, чтс найдено ранее.

Решение второй задачи становится более актуальным, когда разрабатываются лесосеки с переувлажненными почвами, поскольку этот фактор вносит существенные поправки на производительность трелевочных тракторов.

Решения задачи осуществляется методом линейного программирования - методом разрешающих множителей. Последовательность решения задачи приведена в диссертации.

Четвертый раздел посвящен методике проведения экспериментальных исследований по установлению зависимости производительности трелевочных тракторов от скорости движения трактора с пачкой, объема пачки, глубины колеи волока. Статистический анализ и обработка данных выполнялись на ПЭВМ в универсальном пакете ЭТАТСРАРНЮЗ.

Пятый раздел освещает результаты обработки экспериментальных данных. Установлено, что скорость трактора от глубины колеи волока Л описывается зависимостью:

V ~а + Ьк, (33)

Интенсивность колееобразования ДЬ, подчиняется экспоненциальному закону:

Акк = е(-"ь"'\ (34)

где а и Ь - соответствующие коэффициенты;

пр - число рейсов трелевочного трактора.

Глубина колеи за пр является суммой приростов и равна интегралу:

е°'ы е°(еЬп' -1)

к(пр)= |дЬ(х)сЬс = \е"ь'с1х

Ь

(35)

Установлено, что объемы трелюемых пачек М распеределяются по нормальному закону. Проверка гипотезы осуществлялась по критерию Колмогорова-Смирнова.

Регрессионным анализом было установлено, что наиболее достоверно скорость движения трелевочного трактора от объема пачки описывается мультипликативной моделью вида:

V = е" + м" (36)

Комплексное влияние факторов:М, V, на производительность трелевочных тракторов описывается уравнениями регрессии:

№ Марка трактора Тип грунта Уравнения регрессии Коэффициент Детерминации

1 ЛТ—154 Торфяник У = 11.32 + 1 05 м + 6.25 V - 0.24 ЛЬ, 0.97

2 ЛТ-154 У = 3.81 +■ 0.85 м + 9.23 V-0.14 0.95

3 ТДТ-55 Суглинок тяжелый У = 0.93 + 0.65 м + 12.5 V - 0.29 ДЪ, 0.96

4 ТТ-4 У = -5.07 + 0.75 м + 22.12 V - 0.71 ДЬ, 0.98

5 ТДТ-55 У = -2.85 + 0.75 м ♦ 15.63 V- 1.02 0.97

6 ТБ-1 Супесь, У = -9.89 + 1.31 м + 19.17 V-0.68 ¿Ш, 0.98

7 СОФИТ-4Ф Суглинок легкий У = 8.33 + 0.6 м + 7.5 V - ДЬ( 0.96

Шестой раздел посвящен анализу схем планировки песосек (рис. 1) с целью определения и обоснования рациональной технологии освоения лесосек на переувлажненных грунтах. В качестве показателя эффективности использовались эксплуатационные затраты. В качестве объектов обсчитывались лесосеки размерами (м): 500x300 и 1000x500. Древостой принимались наиболее типичные дпя Республики Коми. Поиск рационального транспортно - технологического процесса освоения лесосек осуществлялся по разработанным математическим моделям и специально разработанным программам на ПЭВМ согласно схеме на рис. 2. Результаты расчета (рис. 3), выполненные для схем 1, 8, 11, 18, показали, что минимальные эксплуатацион-2 - количество погрузочных пунктов на лесосеке ные затраты будут при разработке лесосек по

схеме 8 с использованием на валке бензопилы (БП). В таблице приведены технологические показатели и показатели оценки качества планировки лесосек.

Таблица

Показатели качества планировки лесосек

Размер Опти- Ср. Ши- Уд. ¿ту* Ь" и6 Площадь-

лесосеки, маль- расст. рина ЭКСПЛ. вол ' воя 1 вол+ус ' общего

м ное сопим, погр пунктов трелевки, Цр, м пасеки >1, м затраты 3, т.р. м2/м3 м2/м3 м/м3 м/м3 повреждения, %

500x300 4 181.2 30 20.2 7.4 6.8 0.2573690 0.4954643 10.3

1000x500 12 270.8 30 63.1 7.5 69 0.1488024 0.2916535 10.5

Аналогичные результаты получены и для других схем, и природно - производственных условий.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Обоснование рационального транспортно-технологического процесса разработки

лесосеки должно осуществляться по экономико - математической модели с учетом всего комплекса лесосечных и лесовосстановительных работ, а также вывозки древесины, песо-

складских работ, подготовительных работ на лесосеке и путей утилизации биомассы крон и

а) б)

Рис. 3. Зависимость эксплуатационных затрат от схем транспортно - технологического освоения лесосеки:

Размер лесосеки (м): а)500х300; б) 1000x500; Тип леса; ельник долгомошный, ч кп. бонитета; 8 - номер схемы;

вершин деревьев. В качестве показателя эффективности технологического процесса освоения лесосеки или комплекса лесосек с переувлажненными фунтами рекомендуется использовать эксплуатационные затраты, при этом выходными показателями рациональности процесса освоения лесосеки являются минимальные эксплуатационные затраты, среднее расстояние трелевки, число погрузочных пунктов и схема планировки лесосеки.

2. Разработанные алгоритм и программа по обоснованию рационального процесса освоения лесосек должна использоваться не только для обсчета одной отдельной лесосеки, но и для комплекса лесосек, расположенных в зоне тяготения к лесосвозному усу или ветке. Это позволит получить больший экономический эффект.

3. Экологический ущерб лесной среде после разработки лесосеки должен определяться с учетом площадей, выведенных из площади лесопродуцирования в результате рубок - пасечных и магистральных волоков, лесовозных усов, лесопогрузочных пунктов, площади под обустройство мастерского участка. Исследования показали, что процент этих ппощадей дпя рекомендуемых схем планировки не превышает величины лесоводственных требований и изменяется в пределах 10-20%

4. Оценка должна осуществляться по удельным площадям на заготовку 1 м3 древесины, а также по процентному соотношению. Удельная длина трелевочных волоков на заготовку 1 м3 с увеличением площади лесосеки с 15 до 50 га и, соответственно, запаса древесины, уменьшается на 60%. Ширина пасеки практически не влияет на удельные показатели. Основное значение имеет схема планировки лесосеки.

5. В качестве основы для рациональной транспортно-технологической планировки лесосеки с переувлажненными фунтами следует принимать длину пасеки (пасечного трелевочного волока), определяемой критическим числом проходов трелевочного трактора г\крит , при котором обеспечивается его работоспособность, или укреплять волока порубочными остатками.

6. Глубина колеи на трелевочных волоках на переувлажненных фунтах Республики Коми составляет 40 см после 6-10 проходов тракторов ЛТ-154,12-14 проходов тракторов ТТ-4 и ТДТ-55. Наибольшая интенсивность колееобразования наблюдается в первые 2-4 рейса при типах фунта суглинок тяжелый и торфяник при использовании тракторов ЛТ-154, ЛП-18В, ЛП-18Б. При последующих проходах интенсивность снижается, а на супесях и легких суглинках практически не меняется. В этих условиях критическое число рейсов (критическая длина пасеки) лимитируется размерами лесосек и схемой расположения волоков.

7. Установлено, что распределение объемов трелюемых пачек, независимо от марок тракторов и типов фунтов, подчиняется нормальному закону распределения.

8. Зависимость скорости движения трактора любого типа от объема трелюемой пачки описывается мультипликативной моделью вида V = е" + Мь.

9. Исследования комплексного влияния объема трелюемой пачки, скорости движения и интенсивности колееобразования при разработке лесосек с переувлажненными фунтами на производительность трелевочных тракторов показали, что наиболее значимым является скорость движения, которая зависит от глубины колеи (интенсивности колееобразования).

10. Предлагаемая методика и разработанные модели позволяют проводить обоснование рациональной технологии транспортно-технологического процесса освоения лесосек для различных природно - производственных условий, систем машин и процессов в любом лесозаготовительном предприятии.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1) Меньшиков В.Н., Тихонов И.И., Каляшов В.А., Цыгарова М.В. Технико-экономический анализ технологических процессов лесосечных работ.//Эколого - экономические проблемы лесного комплекса (на примере Северо - Западного региона России): Тезисы докладов науч.- практ. конференции 15-17 апреля 1997./ЛТА.- СПб.-1997,- С.45.

2) Меньшиков В.Н., Цыгарова М.В. Исследование проходимости трелевочных тракторов на лесосеках Республики Коми.//Региональные проблемы развития лесного комплекса: Тезисы докладов республ. науч.- практ. конференции 1997./КарНИИЛП.- Петрозаводск, 1998.- С.11-12.

3) Меньшиков В.Н., Цыгарова М.В. Влияние эксплуатационно - производственных факторов на производительность трелевочных тракторов в условиях Республики Ко-ми.//Эколого - экономические проблемы охраны окружающей среды: Тезисы докладов республ. науч.- практ. конференции 3-4 февраля 1998./ Сыкт. лесн. ин - т. - Сыктывкар,-1998,-С. 94 - 96.

4) Меньшиков В.Н., Цыгарова М.В. Влияние эксплуатационно - производственных факторов на производительность трелевочных тракторов в Условиях Республики Коми /ЛТА.-СПб, 1998. - 7с.: ил. - Деп. В ВИНИТИ 04.02.98. №320 - В 98.

5) Цыгарова М.В. Определение оптимальных схем транспортно - технологического процесса освоения лесосек со слабой несущей способностью грунтов./Яезисы докладов молодых ученых лесотехнической академии на науч. конференции, посвященной 200 -летию Лесного департамента России 20 - 26 апреля 1998.Л1ТА.- СПб,1998. - С.50 - 51.

6) Меньшиков В.Н., Цыгарова М.В. Прогнозирование выхода лесосечных отходов и их утилизация /ЛТА,- СПб, 1998. - 15с.: ил.-Деп. в ВИНИТИ 15.04.98. № 1116- В98.

7) Меньшиков В.Н., Цыгарова М.В. Оптимизация плана использования трелевочных тракторов при разработке лесосек /ЛТА.- СПб, 1998. - 11 с. - Деп. в ВИНИТИ 30.09.98. № 2905 - В 98.

Меньшиков В.Н., Цыгарова М.В. Моделирование транспортно - технологического процесса освоения лесосек со слабой несущей способностью грунтов /ЛТА.- СПб, 1998. - 10 е.: ил. - Дел. в ВИНИТИ 30.10.98. № 3166-В-98

Меньшиков В.Н., Цыгарова М.В. Некоторые результанты исследований влияния почвенно - фунтовых условий на транспортно - технологическое освоение лесосеки /ЛТА - СПб, 1998. -17 с. - Деп. в ВИНИТИ 12.11.98. № 3277 - В-98.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим присылать по адресу: 194021, С. - Петербург, Институтский пер., 5, Лесотехническая академия,

Учег.оМ Соьйу.

Подписано в печать с оригинал-макета 26.11.98. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. _Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ №285. С 33а._

Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия Издательско-полиграфический отдел СПбЛТА 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 3

Лицензия ЛР № 020578 от 04.07.97.

ч

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ имени С.М. Кирова

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСВОЕНИЯ ЛЕСОСЕК С ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫМИ ГРУНТАМИ ПУТЕМ ОБОСНОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ (в условиях Республики Коми)

05.21.01. Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

На правах рукописи

ЦЫГАРОВА Марина Валентиновна

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

доктор технических наук . профессор Меньшиков В.Н.

Санкт-Петербург—1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.....................................................................................4

1. Краткая характеристика лесного фонда и почвенно-грунтовых условий Республики Коми.............................................................7

2. Состояние вопроса и задачи исследований...................................16

2.1. Обзор и анализ исследований по влиянию некоторых факторов на колееобразование и производительность

тракторов при трелевке пачек..............................................16

2.2. Обзор и анализ исследований по влиянию схем расположения пасек (волоков) на сохранность лесной

среды и показатели работы тракторов...................................27

2.3. Выводы и задачи исследований............................................32

3. Математическое моделирование транспортно -технологического процесса освоения лесосек

с переувлажненными грунтами......................................................35

3.1. Обоснование показателей эффективности............................35

3.2. Математическое описание процесса.....................................37

3.3. Ожидаемый объем порубочных остатков...............................55

3.4. Экономико - математическая модель для оценки транспортно - технологического процесса освоения

лесосеки или комплекса лесосек...........................................58

3.5. Корректировка плана использования

трелевочных тракторов на лесосеке......................................64

3.6. Выводы по разделу...............................................................74

4. Методика проведения исследований...........................................75

4.1. Обоснование метода исследований......................................75

4.2. Методика проведения экспериментальных

исследований....................................................................77

4.3. Обработка результатов экспериментов.................................80

5. Результаты экспериментальных исследований.............................85

5.1. Результаты исследования процесса колееобразования...........85

5.2. Исследование закона распределения

объемов трелюемых пачек...................................................91

5.3. Исследование влияния рейсовой нагрузки, скорости движения, интенсивности колееобразования

на производительность трелевочных тракторов......................95

5.4. Выводы по разделу.............................................................97

6. Обоснование рационального транспортно - технологического процесса освоения лесосек.........................................................98

7. Основные выводы и рекомендации............................................113

Литература.............................................................................116

Приложения............................................................................128

ВВЕДЕНИЕ

О необходимости обеспечения рационального и неистощительного лесопользования, исходя из принципов устойчивого управления лесами и сохранения биологического разнообразия отмечалось на Конференции ООН по окружающей среде и развитию (г. Рио-де-Жанейро, 1992 г.). Это приводит к тому, что покупатели лесопродукции имеют право отказываться от закупок, если не осуществлены мероприятия по сохранению или восстановлению лесной среды. Проведение лесозаготовок в районах Европейского Севера, в частности в Республике Коми, имеет большие трудности, вызванные тем, что обширная часть лесных площадей расположена на переувлажненных и заболоченных грунтах с низкой несущей способностью. Эти неблагоприятные условия отрицательно сказываются на производительности лесозаготовительной техники, особенно на производительность трелевочных тракторов, на лесной среде после лесозаготовок, на транспортно-технологическом процессе освоения лесосек. Воздействие лесозаготовительной техники на лесную среду при проведении работ в безморозный период, вызывает целый ряд отрицательных последствий. Существующие технологические процессы лесосечных работ предусматривают лишь один способ исключения отмеченных отрицательных последствий - укрепление порубочными остатками трелевочных волоков. Однако этот технологический прием не всегда возможен и не всегда эффективен, например, когда очистка деревьев от сучьев осуществляется на погрузочном пункте с последующей

переработкой или порубочных остатков недостаточно. Необходимы поиски других способов усовершенствования технологических процессов лесозаготовок вообще, и на переувлажненных грунтах в частности. Поэтому разработка методов по обоснованию рациональных технологических процессов лесосечных работ является актуальной.

Целью работы является повышение эффективности освоения лесосек с переувлажненными грунтами путем обоснования рациональной технологии. В результате диссертационных исследований разработан метод и математические модели для обоснования рациональной технологии лесосечных работ при освоении отдельных или комплекса лесосек с переувлажненными грунтами. Разработан комплекс математических моделей для экологической оценки схем разработки лесосек и прогнозирования массы крон деревьев, растущих на переувлажненных грунтах, как сырья для укрепления трелевочных волоков. Разработан комплекс математических моделей для определения протяженности транспортно-технологической сети на лесосеках с различным расположением пасек, магистральных волоков, лесовозных усов. Определены показатели, соответствующие минимуму эксплуатационных затрат, характеризующие рациональные транспортно - технологические процессы разработки лесосек с переувлажненными грунтами в различных типах низкобонитет-ных древостоев. Установлено влияние на производительность трелевочных тракторов скорости движения, глубины колеи, объема пачки. Выполнены исследования колееобразования на различных типах грунтов у трелевочных тракторов с различным технологическим оборудованием.

По результатам выполненных исследований опубликовано девять печатных работ. Результаты исследований отражены в научном отчете кафедры технологии лесозаготовительных производств СПб ЛТА им. С.М. Кирова в 1997 г.

Основные положения диссертации обсуждались на научно - технических конференциях в ЛТА им. С. М. Кирова по итогам научно - исследовательских работ за 1996-1997 гг., на республиканской научно-практической конференции «Региональные проблемы развития лесного комплекса» в г. Петрозаводске в 1997г., на республиканской научно-практической конференции «Эколого-экономические проблемы охраны окружающей среды» в г. Сыктывкаре в 1998г., на конференции молодых ученых лесотехнической академии, посвященной 200-летию Лесного департамента России в 1998 г.

1. Краткая характеристика лесного фонда и почвенно-грунтовых условий Республики Коми

Республика Коми располагается на Северо - Востоке Европейской части России. Леса Республики Коми представляют особую флористическую ценность, являясь хранилищем богатого генофонда ряда хозяйственно ценных древесных пород. На северо-востоке республики сохранились темнохвойные леса с уникальными древостоями, редкими лекарственными, декоративными и техническими растениями, требующими охраны.

На обширных пространствах лесная растительность определяет ландшафты республики, выполняет средообразующую и защитную роль. Важное значение имеют горные и притундровые леса, водоохранные лесные полосы, защитные насаждения вдоль путей транспорта, зеленые зоны вокруг городов и поселков. В то же время леса Республики Коми имеют большое народнохозяйственное значение, являясь сырьевой базой для лесопромышленного комплекса республики и потребителей древесины за ее пределами. По данным учета лесного фонда, представленным Министерством лесов Республики Коми, по состоянию на 1 января 1993г., леса государственного значения, находящиеся в ведении государственных органов лесного хозяйства, составляют 37.9 млн. га., в т.ч. покрытая лесом площадь - 28.8 млн. га. В порядке уменьшения участия отдельных пород в составе лесных массивов они располагаются следующим образом: ель, сосна, береза, осина, лиственница, другие мягко-лиственные (ольха, ива), кедр. В табл. 1.1 представлено распределение площади насаждений по группам возраста.

Анализ данных табл. 1.1 показывает, что в древостоях с преобладанием хвойных пород спелые и перестойные леса составляют 73%, лиственных - 44% лесопокрытой площади.

Таблица 1.1

Распределение площади насаждений по группам возраста, %

Группы возраста Год учета

1988 1993

ХВОЙНЫЕ ЛЕСА 100 100

Молодняки 15.6 14.4

Средневозрастные 8.2 10.6

Приспевающие 2.8 4.2

Спелые и перестойные 73.4 70.8

ЛИСТВЕННЫЕ ЛЕСА 100 100

Молодняки 23.2 23.8

Средневозрастные 29.0 32.1

Приспевающие 3.9 5.4

Спелые и перестойные 43.9 38.7

С учетом доминирования хвойных пород около 2/3 площади лесов приходится на спелые и перестойные древостой. Лиственные леса по сравнению с хвойными характеризуются более равномерным распределением площади насаждений по группам возраста. По состоянию на 1 января 1993г. запасы древесины в лесах Республики Коми характеризуются следующими показателями, млн. куб. м.:

Общий запас 2837

Запас преспевающих древостоев 160

Запас спелых и перестойных древостоев 2179

в т.ч. доступных для эксплуатации 1879

Важной характеристикой лесов является их производительность, отражающая условия местопроизрастания для конкретной древесной породы. Она связана с географическим положением лесных массивов.

Наиболее продуктивны насаждения подзоны южной тайги, где запас леса может достигать 300-400 куб. м/га. Аналогично класс бонитета, установленный для преобладающих хвойных пород - сосны и ели, при движении из подзоны южной тайги в подзону северной и крайнесеверной тайги падает с III, 5 (VI, 1) до V, 1 (V, 4) и V, 9 (V, 8) классов. По данным учета лесного фонда 1993г. общий средний прирост составляет 28.5 млн. куб. м., в т. ч. хвойных - 20.5 млн. куб. м.

Средний прирост на 1 га покрытых лесом земель - 1.0 куб. м/га в год. Средний запас на 1 га покрытых лесом земель - 98.5 куб. м/га, а для площадей с преобладанием хвойных пород - 102.7 куб. м/га.

Показатели производительности лесов тесно связаны с лесорасти-тельными условиями, типом леса. В условиях Республики Коми высокой продуктивностью характеризуются насаждения зеленомошной группы, занимающие около 52% лесопокрытой площади. Наибольшее распространение имеет зеленомошная группа ельников. В табл. 1.2 приведена зависимость таксационных элементов древостоя от географической широты и экологических условий. Насаждения долгомошной, сфагновой, травяно-болотной и лишайниковой групп типов леса составляют соответственно 24, 11, 8 и 5% покрытой лесом площади (табл. 1.3).

Анализ климатических и грунтово-гидрологических условий эксплуатации районов Европейского Севера показал, что обширная часть лесных площадей занята заболоченными и переувлажненными грунтами, имеющими низкую несущую способность. Проведенные институтом КомиГипроНИИлеспром обследования лесоэксплуатационных площадей летнего лесофонда объединения «Комилеспром» показали, что в настоящее время около 70% лесосек характеризуются заболоченными или переувлажненными грунтами.

По механическому составу почвообразующие породы представлены глинами, суглинками, песками, супесями и различными двучленными

Таблица 1.2

Средние таксационные элементы ельников-зеленомошников

в Республике Коми

Подзоны тайги Сомкнутость крон Высота, м Диаметр, см Возраст, лет Бонитет Запас, м3/га

Южная 0.7 23 24 127 III 256

Средняя 0.7 19 23 136 IV 169

Северная 0.6 16 18 120 IV 143

Крайнесеверная 0.6 14 18 150 V 94

Лесотундра 0.4 10 16 150 Va 62

Таблица 1.3

Краткая характеристика лесопокрытой площади эколого-географических районов Республики Коми

Номер района (наименование) Соотношение групп типов леса, % Средний класс бонитета Средняя полнота

Лишайниковая Зелено-мош - Никовая Долго-мош- никовая Травя-но-болот-ная Сфагновая

I Северный 1.7-8.2 24.8-50.1 26.4^0.1 5.4-13.9 5.4-21.5 5.4-5.8 0.5-0.56

II Восточный 3.0-11.4 46.5-53.4 14.6-26.2 5.6-19.9 10.6-11.9 4.7-5.3 0.62-0.64

III Центральный 2.5-6.1 41.8-45.8 27.0-30.2 5.2-6.0 5.9-18.5 4.9-5.2 0.59-0.66

IV Юго-Западный 0.1-10.3 34.3-89.6 4.8-41.2 2.2-12.0 0.5-16.7 2.8-5.1 0.58-0.74

наносами. Наиболее распространенными являются суглинки, часто перекрытые песками и супесями. Подзолистый тип почвообразования отмечается в качестве ведущего. В северной части подзолистый процесс развивается под воздействием постепенного увеличения влаги, просачивающейся в почву, в связи с уменьшением испарения и снижения температуры.

На территории Республики Коми природные зоны и подзоны (тундра, лесотундра, крайнесеверная, северная, средняя, южная тайга) пересекаются тектоническими зонами (Мезенская синеклиза, Волго - Уральская антеклиза, Ти- манская гряда, Печорская синеклиза, Уральский кряж). Такое пересечение образует сетку физико-географических провинций, которые характеризуются системой показателей (табл. 1.4 [136]).

Анализ характеристики лесного фонда и почвенно-грунтовых условий показывает, что большинство леспромхозов Республики Коми производят заготовку древесины в сложных эксплуатационных условиях, которые характеризуются малым объемом хлыста (0.17 - 0.21 куб. м.), низким запасом леса на гектаре (80 - 120 куб. м.), низкой несущей способностью грунтов (II - III категории проходимости).

Переувлажненные грунты вызывают проблемы, связанные не только со строительством лесовозных дорог и временных путей, но и в плане организации лесосечных работ.

При существующих технических средствах заготовки леса лимитирующей операцией технологического процесса при разработке лесосек с переувлажненными грунтами, особенно в период сезонных распутиц, является трелевка леса. Основной причиной такого положения является низкая производительность трелевочных тракторов из-за их плохой проходимости. Вследствие этого сдерживается работа валочно - пакетирующих и сучкорезных машин, работа которых в меньшей степени зави

Таблица 1.4

Биоклиматические характеристики физико-географических провинций Республики Коми

Физико-географические Типы Сумма Ресурсы Породный состав Запас Прирост

провинции температур влаги, лесонасаждений древесины древесины

It°>10° на 1га на 1га, м3

Мё лесопокрыто й площади

Ре забо почв учет такса учет такса

лье лоче ный цион ный цион

фа ннос ти ный ный

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Канинская лесотундровая Рп Б2 С 2+3 700 0,83 ~ — -- ~ —

Мезенская

крайнесеверотаежная Рп Б2 ПС 6+7 900 0,80 66Е15С46Б20с 65 120 0,6 0,6

Мезенско-Вычегодская Б1

северотаежная Рх ПС 6 1200 0,62 59Е25С12Б20с 105 200 1,2 1,8

Мезенско-Вычегодская Б1

среднетаежная Рх С 5 1350 0,58 49Е31С17Б20с 120 230 1,5 2,2

Сысоло-Вычегодская Б1

среднетаежная Рх С 5 1500 0,6 38Е25С24Б120с 130 245 2,1 2,5

Летско-Вятская

южнотаежная Рв Б1 С 5+7 1550 0,58 37Е2бС25Б120с 135 260 2,4 2,9

Тиманская

крайнесеверотаежная Вв Б1 С 6 900 0,77 67Е16С16БЮс 70 130 1,0 1,2

Тиманская северотаежная Б1

Тиманская среднетаежная Вв С 6 1150 0,58 60Е26С13Б10с 80 150 1,1 2,1

Печорская тундровая Ру Б1 ПС 5+6 1450 0,62 53Е30С18БЮс 125 240 1,2 2,6

Печорская лесотундровая Рп Б1 С 2+3 500-600 1,13-0,67

Печорская Рп Б3 С 2+3 650-800 0,85-0,67

крайнесеверотаежная Рх Б3 С 6+7 850-1000 0,82-0,58 68Е14С16Б1 Ос+Лц 83 150 0,5 1,0

Печорская северотаежная Ру Б1 ПС 6+7 1050-1200 0,71-0,51 61Е24С11Б20с+Лц 100 185 0,6 1,8

Печорская среднетаежная Ру Б1 ПС 5+6 1250-1350 0,68-0,60 5 0ЕЗ ОС 16Б20с+Лц 115 220 0,9 2,6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Полярноуральская Гнс Нет 55 200 1,28

тундровая Полярноуральская Гсв данн ых 55 500 1,31

лесотундровая Полярноуральская Гсв 55-60 700 1,37 70Е2С8Б7Лц13Пх+Кд 30 60 0,4 0,5

крайнесеверотаежная Полярноуральская Рев "Г 55-60+5 900 0,48 70Е2С9БЛц14Пх+Кд 70 135 0,5 0,9

северотаежная Североуральская Гсв -г 55-60+5 1100 0,66 69Е2С10Б4 Лц 15Пх+К 105 200 0,8 1,5

северотаежная Североуральская Гсв -5- 55-60+5 1300 0,72 д 68Е2С11БЗЛц16Пх 115 220 1,0 2,0

среднетаежная +Кд

Усл. обозн. Тип рельефа: Рп - равнины плоские и низменные, Рв - волнистые, Рх - холмистые, Ру - увалистые, Вв -

-Г- Т-

равнины и низкогорья возвышенно-волнистые, Гнс - низкогорья и среднегорья, Гсв - среднегорья и высокогорья (включая горные тундры).

Заболоченность: Б - средняя (50% территории), Б - сильная (50 - 70%), Б - очень сильная (70%).

Типы почв: С - суглинистые, ПС - песчано-суглинистые, 2—глее-тундровые, 3 - тундрово-болотистые, 5 - глеево-

подзолистые, 6 - глеево-таежные, 7 - болотно-таежные, 55 - горно-тундровые, 60 - горно-таежные.

Породный состав: Е - ель, С - сосна, Б - береза, Ос - осина, Лц - лиственница, Пх - пихта, Кд - кедр (цифрами

обозначена доля породы в составе лесонасаждения).

сит от почвенно-грунтовых условий. Большая часть серийных лесосечных машин тяжеловесна и рассчитана на использование их в крупномерных древостоях с хорошими почвенно-грунтовыми условиями, поэтому в мелкотоварных переувлажненных насаждениях эффективность применения таких машин снижается. Среднегодовая производительность лесосечных машин в этих условиях по отношению к проектной не превышает 50%

В наибольших объемах на предприятиях объединения «Комилес» применяется техно