авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального ...»

-- [ Страница 2 ] --

• отказ от строго заданной сети пасечных трелевочных волоков позволит трелевочным тракторам проезжать по одному месту не более 2-4 раз (в за висимости от удаленности от верхнего склада) приводя в большей степени к улучшению лесной почвы благодаря ее скарификации, а также доводя плотность почвы до оптимальной для развития семян, т.е. способствуя улучшению условий для последующего естественного лесовозобновления [93];

• при очистке лесосек от порубочных остатков появляется возможность использования высокопроизводительных подборщиков грабельного типа;

• отказ от сохранения подроста позволит шире использовать технологию трелевки деревьев за комли, резко повышая производительность операции очистки деревьев от сучьев (при использовании мобильных сучкорезных машин), позволит сконцентрировать большую часть порубочных остатков на верхнем складе значительно облегчая их дальнейшую утилизацию и снижая трудоемкость очистки лесосек [94].

Более того, например, в [95] отмечается, что согласно проведенным исследованиям, на основании обширного материала, полученного в Запад ной и Средней Сибири на вырубках погибает от 15 – 95%, а иногда и 100% сохраненного жизнеспособного подроста хвойных пород. Такие же данные получены на некоторых типах вырубок для условий Северо-Западного ре гиона РФ авторами работы [92], в которой, в частности говорится, что «от пад подроста ели (20-летнего возраста в момент рубки) за пятилетний пе риод после сплошной рубки (Крестецкий ЛПХ) в формирующемся разно травно-ситниковом, ситниково-вейниковом и ситниковом типах вырубок соотвественно составил: 18,5%, 57,3% и 100%.

Авторами работы [96] в результате широкомасштабных исследова ний установлено, что в целом по Северо-Западному региону площадь ле сонасаждений с достаточным для устойчивого лесовозобновления количе ством подроста главных пород не превышает 49,2%, причем, для некото рых областей она не превышает 10% (Новгородская – 9,0%, Псковская – 5,9%).

Вышесказанное позволяет утверждать, что на значительных лесных площадях сохранение подроста не является выгодным, в связи с плохими перспективами его последующего развития или с его недостаточным коли чеством. В этом случае на первый план выход последующее естественное лесовозобновление, основанное как на обязательном сохранении обсеме нителей, так и на мерах содействия, таких как подготовка почвы, очистка лесосек и пр.

Понятно, что с точки зрения последующего естественного лесово зобновления (прорастания попавших в почву семян) состояние почвы бу дет одним из первоочередных факторов влияющих на успешность данного процесса. Также очевидно, что использование дополнительных машин и механизмов для выполнения специальных технологических операций по подготовке почвы к последующему естественному лесовозобновлению бу дет удорожать и усложнять процесс лесосечных работ.

Наиболее простым решением данной дилеммы, на наш взгляд, явля ется модернизация технологии лесосечных работ с целью одновременного повышения как технологической (экономической), так и экологической эффективности лесосечных работ.

1.2.2.2 Сохранение ключевых биотопов Известно [22], что лес – это элемент географического ландшафта, со стоящий из древесных, кустарниковых и травянистых растений, элементов животного мира и микроорганизмов, в своем биологическом развитии взаимосвязанных и оказывающих влияние друг на друга и на окружающую среду.

Любая природная территория представляет собой иерархию природ но-териториальных комплексов разного уровня. Разные экологические функции леса проявляются на разных уровнях иерархии, и, следовательно, природоохранное планирование выполняется для природно территориальных комплексов различного масштаба – географического ландшафта, местности, выдела и ключевых биотопов внутри выдела.

На разных уровнях природоохранного планирования специалистами лесного хозяйства, биологами, экологами и т.д. решаются различные зада чи, от выбора приоритетов экологической политики (в масштабе террито рии 200-300 тыс. га) до выделения ключевых биотопов и объектов важных для сохранения лесной среды и биоразнообразия (в масштабах выдела).

Для рассматриваемой проблемы, сохранения биоразнообразия леса при проведении сплошных рубок, наиболее важными будут решения при нятые на самых низких уровнях планирования, при которых производится выделение участков подлежащих обязательному сохранению при проведе нии рубок главного пользования, в масштабе выдела (лесосеки).

Для сохранения разнообразия естественных условий, а также важных элементов лесной среды и местообитания многих видов живых организмов специалисты выделяют охраняемые (ключевые) объекты – микробиотопы и микроместоположения [71].

К микроместоположениям относят элементы микрорельефа на лесо секе. К ним можно отнести непродуктивные участки (каменистые участки и выходы скал);

заболоченные понижения, ключи, плывуны и небольшие водотоки.

Микробиотопы – это элементы лесной среды, необходимые для со хранения биологического разнообразия на вырубке. Это, например, скоп ления крупного сухостоя и валежника на разных стадиях разложения с су ществующим возобновлением, старовозрастные хвойные и широколист венные деревья предыдущих генераций леса (единичные или в группах).

В дальнейшем изложении микробиотопы и микроместоположения будем называть одним термином – ключевые биотопы.

Основными направлениями повышения экологичности сплошных рубок, являются: повышение надежности естественного лесовозобновле ния на вырубках, а также сохранение биоразнообразия лесов.

Эти два требования могут быть достигнуты при обоснованном при менении технологии заготовки леса без сохранения подроста и жесткой се ти пасечных волоков, при обязательном оставлении ключевых биотопов лесосеки, которые могут играть также, роль семенных куртин [72, 70].

К основным ключевым биотопам относятся [71, 73]:

1. Временный естественный водоток между двух холмов. Здесь вода течет в открытом виде только весной;

летом на поверхности земли воды не видно, однако она продолжает свое движение в почве. Де ревья подобно насосу откачивают воду и препятствуют заболачива нию участка, поэтому вдоль водотока в пределах заболоченной час ти оставлены все деревья полосой от 10 до 15 метров. При вырубке тяжелая техника перерезала бы подземное русло, что неизбежно привело бы к естественному и очень быстрому заболачиванию уча стка. Деревья, растущие на подобных участках, как правило, имеют низкое качество древесины, поэтому экономические потери из-за оставленной здесь древесины невелики. Таким образом, сохранение данного ключевого биотопа имеет не только экологический, но и экономический смысл;

2. Участки леса на заболоченных понижениях. Это маленькие болота, вокруг которых оставляются деревья. Задача этого биотопа - сбе речь группу деревьев, которые способствуют сохранению многих живых организмов. Обычно на таких болотах растет низкотоварная древесина, поэтому экономические потери здесь также невелики.

Деревья сохраняют только на заболоченных территориях. Возоб новляясь естественным путем, заболоченные участки будут способ ствовать сохранению мозаичной структуры леса на этой террито рии. Тяжелая техника должна обходить эти участки, чтобы сохра нить слабую почву биотопа.

3. Скоплений крупного валежника на разных стадиях разложения и су хих деревьев. С мертвой древесиной связано очень большое коли чество видов живых организмов. Птицы, множество насекомых, грибы и ягоды - в лесу нет ничего лишнего, все необходимо для его развития и естественной жизни. Особенность биотопа состоит в том, что выбираются участки не эксплуатационной площади лесо секи, где уже произошло естественное куртинное возобновление леса, которое будет формировать естественный лес. Следует отме тить, что оставление данного вида биотопов противоречит фитопа тологической задаче очистки лесосек, поэтому выделение биотопов такого типа возможно только в энтомологически безопасных рай онах.

4. Небольшие реликтовые формы рельефа, характерные для данной территории (ледниковые воронки и пр.). Здесь также не следует ис пользовать любую технику, которая может разрушить сохраняемую территорию.

5. Существующие группы предварительного естественного лесово зобновления.

Рассматривая вышеперечисленные биотопы можно сделать вывод о том, что в большинстве случаев они относятся к не эксплуатационным площадям лесосеки [3, 69, 70, 72], в связи с чем противоречий между су ществующей в настоящее время технологией сплошных рубок и требова ниями по сохранению биоразнообразия леса не возникает. Вносимые так же в биотопы куртины перестойных лиственных деревьев являются для лесозаготовителей местами невыгодной рубки из-за больших затрат на за готовку и крайне низкого выхода деловой древесины. И вырубаются в на стоящее время только под угрозой штрафа за недоруб.

Следует отметить, что выделение и оценка ключевых биотопов явля ется задачей ученых биологов, экологов и лесоводов, задача же лесозаго товителей сводится к тому, что бы обеспечить сохранение и указанных участков, заранее обозначенных на технологических картах и в натуре.

Отечественные и зарубежные ученые биологи и экологи сходятся во мнении, что сплошные рубки в условиях бореальных лесов, большую часть которых составляют леса Российской Федерации, не являются пре пятствием для сохранения биологического разнообразия лесной среды. Это связано с тем [74, 75], что в настоящее время эти леса на обширных пло щадях могут быть уничтожены, например, пожарами, бурями, в результате засухи, снеголома, массового размножения насекомых – вредителей, ру бок. Однако катастрофическое нарушение бореальных лесных экосистем – это начало новой сукцессии, которая постепенно приводит к развитию лесного насаждения, подобного тому, какое существовало на этом месте до катастрофы [75]. В результате нарушений, если лесные участки зарастают без вмешательства человека часто получаются одновозрастные насаждения семенного происхождения, во многом идентичные исходному [76].

Понятно, что с развитием насаждения от молодого леса до старовоз растного число биотопов и, соответственно, биологических видов их зани мающих будет меняться, несмотря на наличие или присутствие антропо генного воздействия. Например, в [77] указывается, что молодые и старо возрастные леса обеспечивают намного большее число местообитаний для позвоночных, нежели промежуточные стадии. А в работах Финских и Шведских [78, 79] исследователей отмечается, что несмотря на наличие видов находящих на грани исчезновения, их общее количество составляет всего 5% общего числа лесных видов. Этот факт позволил авторам сделать вывод о том, что «…принимая во внимание большие масштабы вырубок и другие приемы ведения лесного хозяйства, эта цифра представляется очень низкой». Из этого можно заключить, что методы, используемые в лесном хозяйстве не приводят к большим отличиям от естественной динамики лесной среды. Кроме того, авторы этих же работ считают, что больший вред сохранению биоразнообразия лесной среды приносит осушение лес ных болот нежели сплошные рубки.

Отметим, что наука о сохранении биологического разнообразии яв ляется еще весьма молодой и находится в стадии развития. Большое коли чество работ по данной проблематике опубликованы в зарубежной печати.

Среди исследователей данного вопроса по многим положениям нет еще единого мнения, а, зачастую, они прямо противоположны. Например, в од ном и том же сборнике научных трудов «Устойчивое развитие бореальных лесов» приводятся прямо противоположные мнения: [80, с. 63] – «Генети ческие ресурсы лесов бореальной зоны более скромны по видовому соста ву, нежели в тропических дождевых лесах»;

[75, c. 17] – «Генетическое многообразие видов в бореальных регионах шире, чем в тропиках».

1.3 Основные выводы по главе По результатам представленного выше обзора литературных источ ников можно сделать следующие основные выводы:

1 Наиболее распространенной в настоящее время технологией лесосеч ных работ является хлыстовая (более 85%), которая включает в себя три технологических процесса (см. табл. 1.1).

2 Наиболее энергоемкой и экологически опасной операцией указанных технологических процессов является трелевка лесоматериалов (хлы стов, полухлыстов или деревьев) в полупогруженном или полуподве шенном положении, за комли или вершины, поскольку в свете эконо мических и природно-производственных условий машинная заготовка леса, на ближайшую перспективу будет менее выгодна в РФ, нежели механизированная.

3 Наиболее распространенным в настоящее время, на ближайшую обо зримую перспективу, видом первичного транспорта леса для работы по хлыстовой технологии являются гусеничные трелевочные тракторы, оборудованные скользящим канатно-чокерным оборудованием, бесчо керным оборудованием или пачковым захватом.

4 Основными факторами отрицательного воздействия лесозаготовитель ной техники и технологии на лесную среду является переуплотнение лесных почвогрунтов и повреждение (разрушение) подроста и ключе вых местообитаний и местоположений (ключевых биотопов).

5 Воздействие техники на лесные почвогрунты может быть как положи тельным, так и отрицательным.

6 Технология работы без сохранения подроста (но с сохранением ключе вых биотопов) может быть весьма перспективной с точки зрения повы шения экономической и экологической эффективности сплошных рубок главного пользования лесом. И, в перспективе, ее внедрение будет спо собствовать упрощению прохождения лесозаготовительными организа циями процессов экосертификации и эколебелинга.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОАНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТ Как уже отмечалось в главе 1, при оценке результатов проведения основных лесосечных работ можно выделить два основных аспекта: экс плуатационную (технологическую) и экологическую эффективность. Пер вая оценивается такими показателями как энерго- и трудоемкость процес са, удельные затраты (себестоимость) и т.д. [18, 111, 112].

Экологическая эффективность будет оцениваться по степени отрица тельного повреждения лесной экосистемы, причем еще раз отметим, что повреждения лесной среды при лесозаготовках могут быть и положитель ными для последующего естественного лесовозобновления, [113]. Новые методики оценки экологической эффективности как для промышленности в целом, так и для лесной отрасли в отдельности [139, 141] разрабатывают ся в последнее время.

Для промышленности в целом экологическую эффективность пред лагается оценивать как «системную многокритериальную категорию, в своей основе синтезирующую экономические и экологические приорите ты» [139]. Учеными СПб ГЛТА [141] применительно к лесозаготовитель ному производству экологическую эффективность предлагается рассмат ривать как «компоненту вектора общей эффективности», это позволяет ут верждать, что понятие экологической эффективности неразрывно связано с экономическими, техническими, технологическими и др. параметрами все го производственного процесса в целом.

В этой связи для выполнения задач исследования требуется разрабо тать методику оптимизации размещения путей первичного транспорта леса как с точки зрения снижения энергоемкости, и, соответственно, себестои мости наиболее затратной технологической операции основных лесосеч ных работ – трелевки лесоматериалов, а также методику определения уп лотнения лесных почвогрунтов в зависимости от основных показателей работы первичного транспорта леса.

2.1 Координатно-объемная методика трассирования путей первичного транспорта леса Известно, что почти на всякой лесосеке имеются участки (выдела) с различным запасом леса на гектаре, участки с трудной проходимостью трелевочных машин по почвенно-грунтовым и по рельефным условиям, а также биотопы, которые приходится объезжать.

Понятно, что к тем выделам, где больший запас леса приходится де лать большее число рейсов. Некоторые участки приходится объезжать. На участках со слабонесущими грунтами требуется ограничивать вес пачки или дополнительно укреплять волок. Там где есть подъемы и спуски в гру зовом направлении – приходится ограничивать вес пачки по касательной силе тяги трактора.

Мощность N трактора, необходимая для трелевки пачки по волоку, зависит от касательной силы тяги FК и скорости V движения, и определяет ся известным выражением:

FK V N=, (2.1) Т где: Т - КПД трансмиссии.

Подчеркнем, что мощность установленного на трелевочной машине двигателя известна и машина должна работать в режимах, когда N близка или равна Nном.

Следовательно, для любого участка лесосеки должно соблюдаться условие:

FK V = N Т (2.2) Если трактор с полупогруженной пачкой хлыстов имеет собственный вес GT, долю k веса пачки GВ на себе и движется на подъем (спуск) с неко торым углом, то касательную силу тяги можно определить приближенно из выражения:

FK = GT ( T cos ± sin ) + k G В ( T cos ± sin ) + (2.3) + (1 k )G В ( П cos ± sin ) где: Т и П – коэффициенты сопротивления движению соответственно трактора и волочащейся части пачки.

В этой формуле не учитывается смещение центра тяжести трактора с долей пачки относительно центра тяжести собственно трактора, что при водит к перераспределению давлений движителя на грунт.

На протяжении волока Т, П и могут отличаться и весьма сущест венно.

Уравнение (2.3) лишь частично отражает почвенно-грунтовые усло вия значениями Т и П, а рельеф – углом на отдельных участках. Значе ния Т во многом зависят от давления движителя на грунт, от состояния поверхности движения и других факторов. Значения П зависят от состава древостоя, развитости кроны (при трелевке деревьев), направления комлей и других факторов.

При холостом ходе трактора в уравнении (2.3) GВ=0 и FКХ=GТ(Тcos±sin), следовательно при грузовом и холостом ходах ско рости движения можно получить из выражения (2.2):

N N V ГХ = V XX = FK, а (2.4) FKX Но поскольку FKXFK, то VXXVГХ и при известной протяженности от дельных участков не трудно рассчитать время их прохождения в грузовом и холостом направлениях.

Из выражений (2.3) и (2.4) можно сделать вывод о том, что поддер жанием мощности близкой к номинальной можно увеличивать скорости движения или вес пачки путем снижения веса трактора и коэффициента сопротивления движению.

Вес трелюемой пачки можно выразить как:

N GT V ГХ ( T cos ± sin ) GВ = (2.5) V ГХ [k ( T cos ± sin ) + (1 k )( П cos ± sin )] Если для всех участков рассчитать вес пачки по формуле (2.5) и ско рости движений, то можно определить максимально допустимое значение GВ по наихудшему участку, которое в свою очередь является лимитирую щим значением веса трелюемой пачки по данному маршруту, и время цик ла трелевки пачки.

Особый вопрос состоит в долговечности отдельных участков. Сколь ко двойных проходов трелевочной машины и трелевочной системы можно допустить на том или ином участке для предотвращения перехода слабых (полезных) повреждений почвы в сильные (вредные).

Очевидно, что чем ближе участок к погрузочному пункту, тем боль ше двойных проходов на него приходится.

Проведенные нами теоретические исследования показывают, что для снижения затрат на освоение лесосеки, а также степени повреждения поч вы необходимо знать подробную ее характеристику. До начала разработки лесосеки надо иметь по крайней мере три ее карты-характеристики. На од ной должны быть изображены все выдела, т.е. отдельные части всей пло щади лесосеки с определенным составом древостоя, средним объемом хлыста и тем или иным запасом леса на гектаре. На другой – должны быть нанесены площади с примерно одинаковой несущей способностью грунтов и в том числе непроходимые для машины. На третьей – все рельефные особенности – подъемы, спуски и их параметры, ручьи, канавы и т.п.

Если масштабы всех карт одинаковы, то наложив их одну на другую получим достаточно подробную характеристику каждой точки лесосеки.

Выбрав произвольную систему координат, например, ось абсцисс парал лельно фронту отгрузки, усу, или как то иначе, можно однозначно привя зать каждую точку к месту положения и знать ее подробную характери стику.

Выдел с некоторым запасом qi леса на гектаре может иметь произ вольную форму площади Si. Но какой бы ни была форма выдела на ней всегда можно найти центр запаса леса (ЦЗЛ), по аналогии с центром тяже сти плоской фигуры одинаковой плотности. По первой карте можно опре делить координаты ЦЗЛ (xi;

yi), как это показано на рис. 2.1, на котором цветом выделены труднопроходимые участки. Если площадь выдела ока зывается слишком большой или форма площади слишком сложной, ее сле дует произвольно разбить на части, размером, например, в площадь зоны набора одной пачки, и определить ЦЗЛ каждой части и координаты на кар те. Тогда координаты ЦЗЛ всего выдела можно вычислить по формулам:

q (S x + S 2 x2 +... + S n xn ) q (S y + S y +... + S n y n ) xi = i 1 1 ;

yi = i 1 1 2 2 (2.6) q1 + q2 +... + qn q1 + q 2 +... + q n где: n – число частей разбитой площади выдела;

Sn, (xn, yn) – площади и ко ординаты i-того выдела.

Рис. 2.1. Разбиение лесосеки на элементарные участки В общем виде для нескольких выделов можно записать:

Z Z q S x q S y i ii i i i xЦ = yЦ = i =1 i = ;

(2.7) Z Z qi qi i =1 i = В тех случаях, когда по тем или иным причинам волока невозможно или крайне нецелесообразно провести по ЦЗЛ двух выделов, а приходится проложить его между двумя соседними, то координаты точки условно сдвоенного выдела состоящего из двух разных по площади и запасу леса можно вычислить как:

q1 S1 x1 + q 2 S 2 x 2 q1 S1 y1 + q 2 S 2 y xC = yC = (2.8) q1 S1 + q 2 S 2 q1 S1 + q 2 S Трасса волоков от одного ЦЗЛ до условно сдвоенного ЦЗЛ двух вы делов оказывается сопряженной, однако спрямление волоков может ока заться невозможным по рельефу и почвенно-грунтовым условиям.

Таким образом, объемно-координатный способ в сочетании с рель ефными и почвенно-грунтовыми ограничениями позволит вполне обосно ванно составлять схемы расположения волоков на лесосеке и тем самым свести к минимально-возможным энергетические и материальные затраты на трелевке хлыстов и деревьев, а также ухудшение лесорастительных ус ловий за счет снижения суммарного уплотняющего воздействия трелевоч ных систем на почвогрунты лесосеки.

Такую методику можно, по нашему мнению, применить и при строи тельстве усов лесовозных дорог. Только вместо термина «выдел», следует принять термин – лесосека. Разумеется, масштабы карт и расположение координатных осей могут быть иными, в частности они могут совпадать с географической системой координат.

Износ волока сильно влияет на коэффициенты Т и П сопротивле ния движению трактора и волочащейся части пачки хлыстов или деревьев, хотя эта зависимость не всегда явно просматривается. Дело в том, что формирование колеи зависит от почвенно-грунтовых условий. В одних случаях по мере наработки, то есть увеличения числа двойных проходов трактора в некоторых местах грунт под гусеницами или колесами сначала раздавливается и уплотняется и Т уменьшается. Затем разрушается уп лотненный слой, глубина колей и Т увеличиваются. В других случаях грунт под гусеницами или колесами уплотняется очень слабо и почти сра зу начинает разрушаться, глубина колеи постоянно увеличивается и Т до вольно быстро достигает предельных значений.

Чтобы оценить степень уширения волока на отдельных его участках надо знать требуемую наработку на каждом из них, то есть определить сколько же двойных ходов трактора он должен выдерживать. Пусть про тяженность волока L такова, что он пересекает n примыкающих к нему вы делов с площадями Si и запасами леса на гектаре qi. Общий объем древеси ны VВ, который необходимо стрелевать по этой трассе к погрузочному пункту и общее число двойных ходов Zmax трактора можно вычислить, если определен объем VП трелюемой пачки с учетом рельефно-почвенных огра ничений.

VВ n V В = S i qi ;

Z max = (2.9) VП i = Протяженность l1 этой части волока можно принять равной расстоя нию от погрузочного пункта до ЦЗЛ ближайшего выдела, которая вычис ляется по координатам ЦЗЛ и погрузочного пункта, как расстояние между двумя точками по формуле:

( x 2 x1 ) 2 + ( y 2 y 1 ) 2, l1 = (2.10) или по карте с определенным масштабом с помощью линейки.

Объем хлыстов, трелюемых на втором участке волока от ЦЗЛ перво го выдела до ЦЗЛ следующего выдела оказывается меньше на величину объема стрелеванного с первого выдела.

V В 1 = V В S 1 q1, (2.11) а число двойных ходов:

VВ S1q Z max 1 =. (2.12) VП Протяженность второго участка волока можно определить аналогич но первому.

Очевидно, что по наиболее удаленному участку волока необходимо стрелевать объем хлыстов:

V Вn = S n q n, (2.13) и совершить число двойных рейсов трактора:

S n qn Z min = (2.14) VП Планируемая наработка на тот или иной участок трассы в сочетании со знанием несущей способности грунтов и рельефом каждого участка по зволит приближенно снизить энергозатраты на трелевку древесины и по вреждения почвы. Однако необходимо учитывать, что всякие перегрузки трактора, для уменьшения количества ходов, сверх допустимых или при водят к его поломке, или значительно сокращают его долговечность.

Таким образом подробная характеристика почвенно-грунтовых и рельефных условий лесосеки в сочетании с координатно-объемной мето дикой трассирования позволяет получить такую схему расположения трасс трелевки при которой суммарные затраты на трелевку могут быть сведены к оптимальным, а повреждения почвы к требуемым и позволяющим опти мизировать лесорастительные условия для последующего естественного лесовозобновления, и, в конечном итоге повысить экологическую эффек тивность работы трелевочных тракторов.

Рис. 2.2. Схема расположения трелевочных волоков по предлагаемой ме тодике расчета (цветом выделены труднопроходимые участки и не экс плуатационные площади) Рис. 2.3. Параллельная схема расположения волоков На рис. 2.2. и 2.3. показаны схемы расположения трелевочных воло ков, соответственно рассчитанные по предлагаемой методике и при стан дартной параллельной схеме размещения. Как видно из рис. 2.1. учет, вы деленных цветом, труднопроходимых участков и неэксплуатационных площадей позволяет располагать трелевочные волоки таким, образом, что они их не пересекают, что соответственно снижает энергоемкость процес са трелевки. При использовании стандартной схемы расположения волоков (рис. 2.3) волоки часто пересекают труднопроходимые участки, что приво дит к увеличению затрат на саму трелевку, а также на подготовительные и вспомогательные работы.

2.2 Оценка процессов деформирования при циклическом уплотнении почвы Известно, что помимо среднего расстояния трелевки (которое зави сит в основном от размеров и формы лесосеки) к основным показателям работы первичного транспорта леса относятся: грузооборот, грузовая ра бота, грузонапряженность трелевочных волоков и коэффициент пробега.

Грузовую работу первичного транспорта леса в работе [114] предла гается оценивать количеством кубокилометров выполняемых по отдель ному волоку или всей сети волоков. Однако, на наш взгляд, такая оценка не может быть признана правильной, поскольку известно, что работа есть произведение силы на путь [115]. В этой связи в наших исследованиях гру зовая работа первичного транспорта леса буде оцениваться в кН·км. Для определения количества грузовой работы, приходящийся на один полный рейс трелевочной системы (холостой ход трактора + ход с пачкой) переве дем массу трактора и массу пачки в единицы веса путем умножения на ус корение свободного падения.

Грузовую работу принято выражать графически в виде схемы грузо потоков пасечных или магистральных волоков. Обычно пасеки имеют прямоугольную или треугольную форму. Максимальный грузооборот во лока составит:

qП = S П q (2.15) где: SП – площадь пасеки, га;

q – запас леса на гектаре, м /га.

Грузовая работа пасечного волока для прямоугольной пасеки в кН·км составит:

R П = 0,5q П gl + 2G Т, (2.16) где: l – длина волока, км;

– плотность древесины;

g – ускорение свобод ного падения;

GТ – эксплуатационный вес трактора.

Можно априорно утверждать, что показатель грузовой работы имеет весьма тесную связь со степенью влияния трелевочных систем на лесную почву. Если представить эпюр нагрузки на сеть трелевочных волоков в плане, то согласно схеме эпюра грузовой работы получим (рис. 2.4):

Рис. 2.4 Эпюр грузовой работы в плане:

1 – пасечный волок;

2 – магистральный волок;

3 – верхний склад;

4 – территория лесосеки.

На рис. 2.5 интенсивностью оттенков серого показан эпюр грузовой работы, можно обоснованно полагать, что введением эмпирического ко эффициента, учитывающего тип и состояние почв лесосеки, этот эпюр лег ко может быть трансформирован в эпюр воздействия лесозаготовительной техники, и, прежде всего трелевочных систем, на почву.

Тогда эпюр грузовой работы, и, соответственно, повреждений почвы при работе без сохранения подроста и строго заданной сети пасечных во локов будет выглядеть как (рис. 2.5).

Из сказанного видно, что благодаря отказу от сети пасечных волоков можно добиться более равномерного распределения грузовой работы и по вреждаемости почвы, что приведет к тому, что трелевочные системы на большей части территории лесосеки будут не ухудшать, а улучшать почву для будущих генераций леса естественного происхождения.

Следовательно, необходимо создать модель позволяющую связать цикличность уплотняющего воздействия и показатель грузовой работы, которые можно соответственно оценить по формулам (2.9) и (2.16), с уп лотнением почвы.

Анализ особенностей деформирования различных грунтов при вдав ливании штампа [116] свидетельствует о достаточно сложных процессах, происходящих при формировании уплотненного ядра даже при однократ ном воздействии (проходе) трелевочной системы. При увеличении числа проходов процессы деформирования почвы изучены крайне мало. Вместе с тем в работе [19] отмечается функциональная связь между показателями уплотнения почвы и параметрами грунта, трелевочной системы и количе ства циклов N.

Рис. 2.5 Ориентировочный эпюр повреждаемости почвы 1 – магистральный волок;

2 – верхний склад;

3 – территория лесосеки Очевидно, что в общей постановке решение подобной задачи вызы вает большие математические трудности в силу ее существенной нелиней ности, поскольку в каждом последующем цикле начальные и граничные (краевые) условия при решении дифференциальных уравнений являются результатом реализации предыдущего цикла, геомеханические характери стики грунта циклически изменяются, требуя учета влияния его реологии и природы переупаковки.

В этой связи целесообразно создание комбинированной модели ис следования циклического уплотнения грунта, в рамках которой учет гео механических факторов осуществляется исходя из адекватных теоретиче ских представлений механики грунтов, а технологические факторы отра жаются в виде корреляционных соотношений. В конечном счете задача со стоит в конструировании работоспособных полуэмпирических соотноше ний (формул) с набором коэффициентов, определяемых только из натур ных экспериментов.

а б Рис. 1. К расчету нагружения почвы:

а – схема нагружения;

б – кривая де формации;

в – четырехэлементная мо дель Фойгта в Рис. 2.6 Схема нагружения грунта Рассмотрим схему нагружения грунта под давлением от действия штампа шириной b и весом Q при глубине деформирования Н (Рис. 2.6 а).

Будем считать, что за время цикла t= L/V, где L и V - длина опорной по верхности и скорость трелевочной системы, почва переместилась на глу бину h= h1 в положительном направлении оси у. Повторный цикл переме щает почву на глубину h= h2 и т.д. Истинная деформация, которую испы тывает элементарный слой dу грунта на текущей глубине h, оценивается в [117]:

h dy h = = ln. (2.17) h1 y h С другой стороны деформация с уплотнением связаны соотношени ем:

= = 1 (2.18).

Из (2.17) и (2.18) после преобразований в первом приближении по лучим:

h = ln h1 +. (2.19) Рассмотрим общепринятую модель нагружения грунта, в частности в [116], где у кривой ( h ) выделяют три участка (Рис. 2.6 б). Уплотненное ядро в основном формируется на стадии упругой деформации (участок 1).

На втором участке сила сопротивления уплотнению больше силы сопро тивления боковому сдвигу и уплотнение имеет асимптотически затухаю щий характер. Участок 3 характеризуется развитием деформаций сдвига и начиная с глубины hs грунт "течет" при постоянном давлении =s - преде ле его несущей способности. Такой схеме нагружения соответствует четы рехэлементная модель Фойгта [118], представленная на Рис. 2.6 в. Однако в силу того, что нас интересуют первые две фазы нагружения, а два упру гих элемента объединим в единый с двумя составляющими, перейдем к рассмотрению двухэлементной модели с общим модулем деформации Е=Е0 +Е. Тогда можно записать:

d = Е +, (2.20), dt где: - вязкость грунта.

Соотношение (2.20) с учетом (2.18) и равенства производных d d = примет вид:

dt dt d = Е ( 1) + dt или d + Е = + Е (2.21) dt В многоэлементных моделях Фойгта отмечается [118], что давление приложено к каждому элементу, а истинная деформация равна сумме де формаций элементов. Поэтому вначале, учитывая доминирующее уплот нение грунта на первом участке, примем в уравнении (2.21) =Е0 h. Тогда из уравнения (2.21) получим дифференциальное уравнение уплотнения:

d + Е = Е 0 (ln h + 1) + Е, (2.22) dt Е Е, Е0 = где: Е =.

Решение (2.22) при начальных условиях: t=0 = =1, =0 дает функ цию уплотнения:

( )( Е = 1 + 0 1 е ln h + 1).

Е t (2.23) Е Таким образом, при t=0 = h =1, =1.

В дальнейшем с увеличением t прирост величины относительного уплотнения определяется тремя множителями Р1, Р2 и Р3, которые отлича ются по сути. Рассмотрим их влияние подробнее.

Множитель Р1 = Е0 Е отражает выбранную модель среды, т.е. пере распределение упругих элементов в общем модуле деформации. В теории линейной вязкоупругости [118] диапазон изменения Р1 достаточно широк, однако в рамках нашей модели, когда податливость среды (1/Е) на первом участке превосходит податливость на втором, примем Р10,5, т.е. порядка 0,40-0,45.

Множитель Р2 - характеризует чистую вязкость в процессе деформи рования. Он точно совпадает с параметром вязкости µ [119, 120] и по зако ну затухающей экспоненты определяет прирост уплотнения. В работе [119] в опытах с плотными грунтами (лёссом, глиной, суглинком и плотным песком) установлен диапазон изменения µ, равный 1000-1200 с-1. Время релаксации напряжений =1/µ для плотных грунтов незначительно. В не плотных грунтах, например таких как рыхлая пахота, параметр µ снижает ся на несколько порядков. Так принимая модуль Е=2-5 кГ/см и при значе нии вязкости =0,35 кГ·с/см2 получаем параметр вязкости µ всего 5,7-14, с-1, а это в свою очередь существенно увеличивает время релаксации на пряжений. Следует отметить, что степень влияния множителя Р2 нуждает ся в детальном моделировании как на образцах так и в натурных экспери ментах.

Третий множитель Р3 - отражает влияние погружения штампа на ве личину уплотнения и зависит как от параметров грунта так и технологиче ских характеристик ЛТС и количества циклов проходки.

Получить сугубо теоретическую связь не представляется возмож ным, поэтому воспользуемся конструкцией регрессионного уравнения [19]:

h = 1 + Z (Е, Н, b,, ) lg N, (2.24), где: Z - безразмерная многопараметрическая функция, – коэффициент интенсивности накопления необратимых деформаций при циклическом нагружении. При N=1 получаем h =1, что позволяет перейти к оценке зна чений функций Z и.

Диапазон значений Z определяется такими параметрами как началь ная плотность 1, коэффициент Пуассона, модуль деформации Е и глуби на Н их распространения, а также коэффициент формы опорной поверх ности ЛТС, его ширина b и максимальное давление на грунт [19]. Произ веденные расчеты позволили установить реальный диапазон изменения Z=0,7-1,2.

Функцию при отсутствии экспериментальных данных рекомендуют принимать константой, равной 1. Однако переупаковка грунта и накоплен ные деформации требуют хотя бы в первом приближении учесть влияние цикличности на снижение величины. Предположим линейный характер данного влияния в виде уравнения регрессии:

= 1,02 0,02 N (2.25), при N=1 =1 и отметим особое значение экспериментального установления зависимостей типа (2.25) для наиболее характерных видов грунтов и ЛТС.

На рис. 2.7 приведены результаты расчетов по формулам (2.23)-(2.25) с оценкой влияния цикличности на процесс уплотнения грунта (Z=1). Расчеты сделаны как для величины относительного уплотнения (левая шкала) так и его прироста,% (правая шкала).

Рис. 2.7 Зависимость уплотнения от числа циклов Рис. 2.7 Определение переходного состояния Важными, на наш взгляд, результатами являются: наличие экстре мума функции (N) и асимптотический характер зависимости (N), на чало проявления которого можно определить путем спрямления кривой с помощью логарифмических координат (Рис. 2.6). Сопряжению ветвей в точке М на рис. 2.6 соответствует точка М пересечения прямых на рис.

2.6. Количество циклов при этом составило N=4. Именно при таком N на блюдается пересечение кривых на Рис. 2.5, что позволяет сделать для дан ного конкретного примера вывод о том, что основной процесс уплотнения почвы был реализован на первых четырех циклах, а дальнейшее уплотне ние носит асимптотический (несущественный) характер.

2.3 Определение оптимального числа рейсов трелевочной системы по одному следу Для определения связи между давлением Р на лесной грунт и его от носительной деформацией воспользуемся известной упруго-вязкой рео логической моделью:

D P = E + dt, (2.26) где: Е – модуль упругости;

- вязкость грунта;

t – время.

Отметим, что показатели Е и напрямую зависят от вида состояния грунта, индикатором которых частично является тип леса.

При постоянном давлении на грунт (Р=const) решение уравнения (2.26) имеет вид:

E P -t 0 - = e, (2.27) E тогда величина остаточной деформации составит:

P 0 = E. (2.28) Связь между относительной деформацией и плотностью грунта можно представить в виде:

- = 0, (2.29) где: 0 – начальная плотность грунта.

С учетом (2.28) и (2.29) можно получено выражение:

- 0 P =. (2.30) 0 E На основании данных исследовательских испытаний получена зави симость изменения плотности лесной почвы от числа проходов трелевоч ной системы:

- = 0,16п, (2.31) где: п – число двойных проходов трелевочной системы (в грузовом и холо стом направлениях).

Тогда, задаваясь средней естественной плотностью лесной почвы (0,8 т/м3) и оптимальной плотностью для произрастания древесных пород (для сосны – 1,2 т/м3) можно определить допустимое число проходов, ко торое приведет к улучшению лесной почвы для последующего естествен ного лесовозобновления, как:

- п = 6, 0. (2.32) 2.4 Выводы по главе 1. Подробная характеристика почвенно-грунтовых и рельефных усло вий лесосеки в сочетании с разработанной координатно-объемной методикой трассирования позволяет получить такую схему располо жения трасс трелевки при которой суммарные затраты на трелевку могут быть сведены к минимальным, а повреждения почвы к тре буемым и позволяющим оптимизировать лесорастительные условия для последующего естественного лесовозобновления, и, в конечном итоге повысить экологическую эффективность работы трелевочных тракторов.

2. Целесообразно создание комбинированной модели исследования циклического уплотнения грунта, в рамках которой учет геомехани ческих факторов осуществляется исходя из адекватных теоретиче ских представлений механики грунтов, а технологические факторы отражаются в виде корреляционных соотношений.

3. Выполненные расчеты показывают, что функция относительного уп лотнения почвы имеет экстремум.

4. Получена математическая зависимость позволяющая определить число проходов трелевочной системы приводящее к улучшению лесной почвы для последующего естественного лесовозобновления.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА И АППАРАТУРА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Известно [2, стр. 1532], что эксперимент (от латинского experimen tum – проба, опыт) – научно поставленный опыт, наблюдение исследуемо го явления. Эксперимент является важнейшей стороной практики и крите рием истинности результатов познания.

Огромную важность для науки результатов качественно проведен ных экспериментальных исследований отмечали многие ведущие отечест венные и зарубежные ученые. Например, академик П.Л. Капица отмечал, что доброкачественность эксперимента является необходимым условием как для построения передовой теории, так и для получения практических результатов [105].

Понятно, что для науки о лесе, являющейся наукой прикладной, экс перимент имеет значение, которое трудно переоценить. Известно, что множество практических расчетов во многих направлениях науки о лесе базируется на эмпирических зависимостях, полученных эксперименталь ным путем. В качестве примера, к таким направлениям науки о лесе можно отнести таксацию, лесоводство, технологию лесозаготовительного произ водства и пр. Связано данное обстоятельство с тем, что провести строгое математическое моделирование хода роста лесонасаждений (и даже одного дерева), поведения рабочего на лесосеке, развития корневой системы леса и подлеска и т.п. невозможно. Следовательно, единственным путем позна ния в данных условиях является обработка и использование данных каче ственно поставленных экспериментальных исследований. Причем, по скольку в наших исследованиях речь идет о взаимодействии лесозаготови тельных машин с лесной средой, а точнее воздействии машин на лесную среду, становится понятным, что проведение модельных экспериментов не может решить задач исследования. Следовательно, для решения постав ленных задач необходим натурный эксперимент в производственных усло виях.

3.1 Объекты, приборное обеспечение и условия проведения экспери ментальных исследований Как было отмечено в главе 1, влияние лесозаготовительных машин лесную среду принято оценивать по двум основным показателям: влияние на почву и влияние на подрост. Наиболее важным для последующего есте ственного лесовозобновления является воздействие на почву, которое, как было показано выше, может и положительным и отрицательным.

Также в главе 1 было отмечено, что наиболее существенным измене нием лесной почвы под воздействием движителей лесозаготовительных машин и персонала является ее уплотнение, в результате чего уменьшается порозность, аэрация, водопроницаемость, что приводит к заболачиванию почвы как во влажных типах леса (долгомошниках, сфагновых и пр.), так и в типах леса с оптимальным увлажнением (кисличник, черничник) [93, 22], а также к угнетению и полному прекращению роста деревьев.

Рис 3.1 Устройство для вырезания образца почвы.

Условные обозначения: 1 – ручка выталкивателя;

2 – муфта;

3 – по водок;

4 – выключатель концевой;

5 – контргайка (ГОСТ 8961-75);

6 – упор нижний;

7 – втулка направляющая;

8 – нож цилиндрический;

9 – выталки ватель;

10 – корпус;

11 – шарик;

12 – пружина дисковая;

13 – муфта;

14 – труба (3/4”);

15 – труба (8 – 10);

16 – упор верхний;

17 – втулка направ ляющая;

18 – шарик;

19 – пружина.

Для оперативной оценки влияния лесозаготовительной техники на плотность почвы в Санкт-Петербургской Государственной лесотехниче ской академии им. С.М. Кирова учеными Лесомеханического (каф. Лесных гусеничных и колесных машин) и Лесоинженерного (каф. Технологии ле созаготовительных производств) факультетов был создан не имеющий аналогов ручной прибор, позволяющий без больших затрат и с приемле мой точностью оценивать уплотнение почвы (Рис. 3.1).

Прибор состоит из цилиндрического ножа с механизмом вращения, выталкивателя керна почвы и сигнализации предельного погружения ножа в почву. На корпусе устройства, сделанного из трубы 3/4", с помощью муфт закреплены верхний и нижний упоры Внутри корпуса по втулкам может перемещаться шток с ручкой вы талкивателя керна почвы. Предельное перемещение выталкивателя при вырезании керна отслеживается сигнальной системой, состоящей из кон цевого выключателя, связанного поводком со штоком, источник световой сигнализации. Система сигнализации исключает уплотнение почвы при вырезании керна. Механизм вращения включает корпус с четырьмя паза ми, имеющими наклонные плоскости, по которым могут перемещаться шарики под воздействием цилиндрических пружин. В корпусе механизма вращения установлена цилиндрическая пружина, которая при отсутствии усилий на упорах внутренней окружностью опирается на корпус механиз ма вращения, а наружным находится в контакте с нижней муфтой;

шарики при этом под воздействием цилиндрических пружин занимают верхнее по ложение наклонной плоскости.

Принцип работы устройства заключается в следующем. Для сниже ния сопротивления резанию почвы, пронизанной корнями растений, и со хранения структуры образца (керна) цилиндрический нож под воздействи ем усилий, прилагаемых исследователем на ручные и ножные упоры, со вершает поступательное движение в почву. Под воздействием усилий пла стинчатая пружина пригибается и опирается на шарики, которые, преодо левая усилия цилиндрических пружин, переходят в нижнее положение на клонной плоскости;

при этом совершается поворот цилиндрического ножа.

В момент включения сигнализации прекращается воздействие на упоры и устройство вместе с керном извлекается из почвы, и с помощью выталки вателя керн удаляется из цилиндрического ножа.

Плотность отобранных образцов (кернов) почвы определяется по формуле:

m, (3.1) = V где: – плотность керна почвы;

m – масса керна почвы;

V – объем керна почвы.

Вместе с тем практика эксплуатации прибора вышеописанной конст рукции [45] показала наличие в ней слабых мест, и, прежде всего, недоста точную эффективность механизма поворота цилиндрического ножа. По нятно, что почвогрунты лесосек, в отличие от почв сельскохозяйственных угодий пронизаны корневой системой древостоя. Физико-механические свойства таких почвогрунтов могут изменяться по длине трелевочного во лока часто и в широком диапазоне, а значит требуют большого числа изме рений. Следовательно, устройство для вырезания керна почвогрунта долж но быть простым по конструкции, мобильным и обеспечивать минимальное время для вырезания одного образца. Для перерезания корневой системы пронизывающей почвогрунт нож устройства должен поворачиваться во круг своей оси и иметь зубчатый торец.

В дальнейших исследованиях влияния параметров гусеничных дви жителей трелевочных тракторов на их взаимодействие с почвами лесосек вышеописанный прибор был несколько видоизменен (Рис. 3.2) [44]. При вырезании керна винтовая пара поворачивает цилиндрический нож на не сколько десятков угловых градусов, и он как пила вырезает керн из поч вогрунта пронизанного корневой системой.

Принцип работы устройства заключается в следующем. Для сниже ния сопротивления резанию почвы, пронизанной корнями растений, и со хранения структуры образца (керна) цилиндрический нож под воздействи ем усилий, прилагаемых исследователем на ручные и ножные упоры, со вершает поступательное движение в почву. Под воздействием усилий пла стинчатая пружина пригибается и опирается на шарики, которые, преодо левая усилия цилиндрических пружин, переходят в нижнее положение на клонной плоскости;

при этом совершается поворот цилиндрического ножа.

В момент включения сигнализации прекращается воздействие на упоры и устройство вместе с керном извлекается из почвы, и с помощью выталки вателя керн удаляется из цилиндрического ножа.

В нашем исследовании использовался следующий вариант модерни зации устройства для вырезания образцов почвогрунта, на которое получен патент на полезную модель [106].

Новое устройство отличается тем, что нож имеет съемные вставки из прозрачного кварцевого стекла, необходимая прочность которых опреде лена специальным расчетом [107], с нанесенным на него нониусом. Такое новшество позволило сделать прибор более универсальным – позволяю щим оценивать не только уплотнение почвы, но и перемешивание ее гори зонтов при воздействии трелевочных систем и лесозаготовительной техни ки. Цена деления нониуса нанесенного на вставки кварцевого стекла со ставляла 1 см, следовательно, погрешность измерения перемешивания почвенных слоев составляла ±0,5 см.

Рис. 3.2 Устройство для вырезания керна почвы с винтовой парой 1 – ручка выталкивателя;

2 – упор верхний;

3 – поводок;

4 – труба;

5 – подшипник;

6 – корпус с нижним упором;

7 – штанга выталкивателя;

8 – корпус;

9 – выталкиватель;

10 - нож цилиндрический;

II – винтовая пара Масса получаемых образцов (кернов) почвы определялась путем взвешивания на весах с ценой деления нониуса 5 грамм, следовательно, погрешность измерения массы образцов составляла ±2,5 грамма.

Исследования проводились в производственных условиях на лесосе ках находящихся в кварталах № 102, 100 и 99 Ефимовского лесхоза Бокси тогорского района Ленинградской области. Для изучения влияния работы лесозаготовительной техники на лесные почвогрунты были отобраны 3 ле сосеки, схемы разработки которых представлены на рис. 3.3-3.5.

Во всех случаях лесосеки разрабатывались методом сплошной рубки.

Все лесосеки относятся ко второй группе леса.

Система машин и технологии разработки лесосек во всех случаях были одинаковыми. Согласно технологическим картам подготовительные работы включали уборку сухостойных, зависших и гнилых деревьев на всей территории лесосеки и в пятидесятиметровой зоне безопасности во круг нее, разметку магистрального волока шириной 5 метров, пасечных волоков шириной 4 метра и подготовку погрузочной площадки размерами 20х30 м.


Рис. 3.3 Схема разработки лесосеки, находящейся в квартале 102, выдел 35, год разработки – Подготовительные и основные работы проводились силами одной комплексной бригады в составе: вальщик – 1 чел.;

помощник вальщика – чел.;

рабочий на очистке деревьев от сучьев – 1 чел.;

тракторист – 1 чел.;

рабочий на раскряжевке – 1 чел.

Технологические карты предусматривали следующий порядок вы полнения технологических операций основных лесосечных работ:

1. Валка деревьев бензиномоторной пилой «Хускварана» вершинами на волок в последовательно разрабатываемых пасеках (1, 2, 3, 4 и т.д.).

2. Очистка деревьев от сучьев.

3. Формирование и трелевка пачек хлыстов за вершины трелевочным трактором со скользящим канатно-чокерным оборудованием ТДТ 55А, производства ОАО «Онежский тракторный завод», г. Петроза водск.

4. Раскряжевка хлыстов бензиномоторной пилой «Хускварна» на верх нем складе.

5. Погрузка древесины на лесовозный транспорт производилась мето дом самопогрузки, при помощи гидроманипуляторов самопогру жающихся лесовозных автопоездов.

Все работы проводились в соответствии с принятыми правилами техники безопасности. Очистка лесосек проводилась силами основной бригады. По окончании срока действия лесорубочных билетов лесосеки были приняты лесничим по акут освидетельствования без нарушений.

Рис. 3.4 Схема разработки лесосеки, находящейся в квартале 99, выдел 22, год разработки – Рис. 3.5 Схема разработки лесосеки, находящейся в квартале 100, выдел 12, год разработки – Способ лесовозобновления на всех лесосеках был выбран - естест венное последующее лесовозобновление, что связано с малой площадью лесосек, небольшим количеством подроста (1000 шт/га) при высоте 1,0 м и возрасте 10 лет.

Лесосека находящаяся в выделе 35 квартала № 102 (Рис. 3.3) харак теризуется следующими основными показателями: площадь – 0,9 га;

фор мула породного состава: 5Е110С704Б80;

средняя высота хлыста – 20 м;

сред ний диаметр хлыста на высоте груди – 22 см;

класс бонитета – IV;

полнота насаждения – 0,7;

средний запас леса на гектаре – 250 м3/га. Тип леса – черничник влажный.

Лесосека находящаяся в выделе 22 квартала № 99 (Рис. 3.4) характе ризуется следующими основными показателями: площадь – 1,1 га;

форму ла породного состава: 9Е100Ос90;

средняя высота хлыста – 25 м;

средний диаметр хлыста на высоте груди – 26 см;

класс бонитета – II;

полнота на саждения – 0,8;

средний запас леса на гектаре – 380 м3/га. Тип леса – чер ничник свежий.

Лесосека находящаяся в выделе 12 квартала № 100 (Рис. 3.5) харак теризуется следующими основными показателями: площадь – 1,3 га;

фор мула породного состава: 7Е1103С110;

средняя высота хлыста – 24 м;

средний диаметр хлыста на высоте груди – 26 см;

класс бонитета – III;

полнота на саждения – 0,7;

средний запас леса на гектаре – 320 м3/га. Тип леса – чер ничник свежий.

Почвенно-грунтовые и рельефные условия лесосек сходные, во всех случаях подстилающими грунтами являлись суглинки. Лесосека 1 имела модергумусную подстилку на среднеподзолистом горизонте, лесосека имела моргумусную подстилку на среднеподзолистом горизонте, лесосека 3 имела моргумусную подстилку на сильноподзолистом горизонте.

Для изучения строения почвы на каждом волоке были сделаны поч венные разрезы на глубину 1 метр (пример почвенного разреза приведен на рис. 3.7). Перед первым проходом трактора, трассы пасечных волоков были разбиты на пикеты с расстоянием между пикетами 1 метр. На каждом пикете были взяты пробы естественной плотности лесной почвы, причем тонкие корни и незначительные препятствия цилиндрический нож устрой ства легко перерезал, а в случае если нож встречал значительные препят ствия (крупные корни, камни), то место взятия пробы несколько смеща лось. Общий получаемых кернов почвы представлен на Рис. 3.6.

Рис. 3.6 Общий вид получаемых кернов почвы Затем после каждого прохода трелевочного трактора на каждом пи кете бралась проба плотности почвы в следе гусеничного движителя и в следе волочащейся части пачки, причем всякий раз место забора пробы не сколько смещалось, что бы исключить влияние пробы взятой до этого.

Пробы брались на всех тех пикетах мимо которых прошел трактор с пач кой за данный заход. Пробы брались на пикетах до окончания разработки пасеки.

Образцы (керны) почвы помещались каждый в герметично закры вающийся пакет и снабжались биркой с указанием номера пикета, номера прохода и способа трелевки, и в дальнейшем взвешивались в лаборатор ных условиях, что позволило свести к минимуму погрешности, неизбежно возникающие в полевых условиях.

Также при выполнении экспериментальных исследований проводи лось общее обследование вырубок прошлых лет, находящихся в квартале 99 и 146. Схемы разработки обследуемых лесосек приведены на рис.

3.10-3.12. В результате обследования давалась общая оценка степени по вреждения почвы, были изучены особенности рельефа, в т.ч. нанорельефа.

Нанорельеф почв вырубок обусловлен главным образом воздействием тех ники.

0 – 5 см. – пронизанная корнями оторфованная Ат лесная подстилка.

А 5 – 12 см. – темно-серый оторфованный хоро шо разложившийся, переход извилистый.

А 12 – 18 см. – серый, оподзоленный, супесь, за теки гумуса, переход четкий.

В 18 – 40 см. – белесая с ржавыми вкраплениями, суглинок, железистые включения.

Иллювиально-железистый гумусовый подзол.

Рис 3.7 Схема почвенного разреза полученного на лесосеке находящейся в выделе 12, квартал № В процессе общего обследования вырубки установлены классы (ка тегории) повреждений почвы. Таких классов (категорий) выделено во семь.

1 категория - повреждений нет или слабое нарушение подстилки (уплот нение, разрывы) обусловленные слабым воздействием крон деревьев при их трелевке (Рис. 3.8).

Рис. 3.8 Слабая степень повреждения почвы 2 категория - сильно повреждена или полностью уничтожена подстилка без нарушений других генетических горизонтов. Уничтожение или повре ждения подстилки здесь также обусловлены кронами при трелевке.

3 категория - перемешаны верхние генетические горизонты (А0, А1, А2) до иллювиального, верхний смешанный горизонт (Асмеш) ещё слабо минера лизован.

4 категория - перемешаны все основные генетические горизонты, включая иллювиальный. В отдельных случаях до материнской породы. Верхний го ризонт (Асмеш) сильно минерализован.

5 категория - образование выбоин (ям) в виде каналов до иллювиального горизонта, иногда до материнской породы. Глубина выбоин более 20 см, иногда достигает 50-60см (Рис. 3.9).

6 категория - бугры (холмики) чаще всего в виде пластов как при вспашке.

Образованы двумя смешанными гумусированными горизонтами при воз действии гусениц трелевочного трактора сгребанием смешанного горизон та и переноса его на рядом лежащие площади. Высота бугров как правило в пределах 10-30 см.

7 категория - сплошной слой порубочных остатков, перемешанных с поч вой. Эта категория образуется на площадках обрезки сучьев. Мощность порубочных остатков от 20 см до 1 м и более.

8 категория - площади занятые пнями.

Рис. 3.9 Сильное повреждение почвы (5 категория) Рис. 3.10 Схема разработки лесосеки, находящейся в квартале 99, выдел 18, год разработки – После установления категорий повреждения почвы проводилось кар тирование почвенного покрова по маршрутному ходу на полосе шириной м. Маршрутный ход выбирался в характерном для вырубки месте с обяза тельным пересечением всех элементов рельефа. Оценка почвенного покро ва проводилась глазомерно по двухметровым отрезкам. Длина маршрутно го хода, в зависимости от площади вырубки, составляла от 250 до 450 м.

Заканчивалось картирование почвы у стены леса, с обязательным заходом в лес для морфологического описания профиля почвы, ненарушенного ле созаготовительной техникой.

Рис. 3.11 Схема разработки лесосеки, находящейся в квартале 99, выдел 25, год разработки – Лесосека находящаяся в выделе 18 квартала № 99 (Рис. 3.10) харак теризуется следующими основными показателями: площадь – 10,4 га;

формула породного состава: 5Е100С703Б80Ос80;

средняя высота хлыста – м;

средний диаметр хлыста на высоте груди – 24 см;

класс бонитета – III;

полнота насаждения – 0,8;

средний запас леса на гектаре – 250 м3/га. Тип леса – черничник влажный.

Рис. 3.12 Схема разработки лесосеки, находящейся в квартале 146, выдел 2, год разработки – Лесосека находящаяся в выделе 25 квартала № 99 (Рис. 3.11) харак теризуется следующими основными показателями: площадь – 3,4 га;

фор мула породного состава: 5Е1004Б90Ос90;

средняя высота хлыста – 23 м;

средний диаметр хлыста на высоте груди – 24 см;

класс бонитета – III;

средний запас леса на гектаре – 350 м3/га. Тип леса – ельник-долгомошник.

Лесосека находящаяся в выделе 2 квартала № 146 (Рис. 3.12) харак теризуется следующими основными показателями: площадь – 4,3 га;

фор мула породного состава: 4СЕ5Б;

средняя высота хлыста – 24 м;

средний диаметр хлыста на высоте груди – 26 см;

класс бонитета – III;

полнота на саждения – 0,7;

средний запас леса на гектаре – 310 м3/га. Тип леса – чер ничник влажный.

3.2 Определение необходимого числа наблюдений и повторений опыта Необходимость обеспечения корректности проведения измерений и обеспечения их требуемой точности уже отмечалась нами в данной главе выше. Известно, что точность измерений характеризуется абсолютной X X = X X или относительной 100% ошибками, которые в свою X очередь представляют собой сумму систематической и суммарной ошибок. Систематические ошибки при испытаниях техники являются ошибками измерительных приборов и методов измерения, которые обычно известны и приводятся в техническом паспорте на прибор или могут быть измерены при помощи высокоточных эталонов.


Случайные ошибки невозможно количественно прогнозировать с высокой точностью, так как они зависят от изменения условий измерения и степени изменчивости случайного процесса или величины.

В большинстве случаях на точность результата эксперимента влияет и сам объект исследования, характеризующийся своей неоднородностью, это относится и к лесным почвам, поэтому плотность почвы следует изме рять как можно точнее.

Перед началом проведения эксперимента была сделана пробная се рия опытов для определения необходимого количества повторений. Полу ченные данные плотности почвы естественного сложения обрабатывались методом вариационной статистики с вычислением математического ожи дания М, средней ошибки ±m, среднеквадратического отклонения, пока зателя точности Р, коэффициента вариации V. Указанные статистические величины были рассчитаны по следующим формулам:

m=±, (3.2) n m P= 100, (3.3) M V= 100, (3.4) M В таблице 3.1 приведены основные математические характеристики объемного веса почвы на волоке-полигоне.

Таблица 3. Основные математические характеристики объемного веса почвы n M m V P 10 0,72 0,18 0,036 13,3 4, Из руководств по вариационной статистике известно, что число на блюдений n, коэффициент вариации V и точность исследования P связаны следующей зависимостью:

t 2V n=, P где: t – коэффициент доверия, означающий отношение числа случаев, в ко торых точность выше или равна заданной, к числу случаев в которых точ ность ниже принятой.

При коэффициенте доверия, равном 1, обеспечивается получение верных данных лишь в двух случаях из трех, что явно не достаточно. При коэффициенте доверия 2 обеспечивается 19 верных определений из 20 и при коэффициенте 3 – 384 из 385, т.е. в последнем случае вероятность практически переходит в достоверность. Наблюдения с вероятностью 0,996 практически не осуществимы, т.к. требуется очень большая повтор ность. Достаточно бывает вероятности 0,95 (коэффициент доверия 2), ко торую приняли в дальнейших расчетах [49, 61, 108-110].

Таким образом, для определения плотности исследуемой почвы с точностью не ниже 5% с вероятностью 0,950 принимаем количество по вторений равное 31. Следовательно, длины участков волоков с различным числом проходов по ним удовлетворяют требованиям проведения экспе римента.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ При исследовании технических систем используются теоретические и эмпирические методы познания. Каждое из этих направлений обладает относительной самостоятельностью, имеет свои достоинства и недостатки [121]. В общем случае, теоретические методы в виде математических мо делей позволяют описывать и объяснять взаимосвязи элементов изучаемой системы или объекта в относительно широких диапазонах изменения пе ременных величин [122]. Однако при построении теоретических моделей неизбежно введение каких-либо ограничений, допущений, гипотез и т.п.

Поэтому возникает задача оценки достоверности (адекватности) получен ной модели реальному процессу или объекту. Для этого проводится экспе риментальная проверка разработанных теоретических моделей. Практика является решающей основой научного познания. В ряде случаев именно результаты экспериментальных исследований дают толчок к теоретиче скому обобщению изучаемого явления. Экспериментальное исследование дает более точное соответствие между изучаемыми параметрами [123].

Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования дополняют друг друга и являются составными элементами процесса по знания окружающего нас мира [124].

Результаты экспериментальных исследований нуждаются в опреде ленной математической обработке. В настоящее время процедура обработ ки экспериментальных данных достаточно хорошо формализована и ее не обходимо только правильно использовать [121-125]. Круг вопросов, ре шаемых при обработке результатов эксперимента, не так уж велик. Это вопросы подбора эмпирических формул и оценка их параметров, вопросы оценки истинных значений измеряемых величин и точности измерений, вопросы исследования корреляционных зависимостей и некоторые другие [126, 127].

В наших исследованиях основными задачами, решаемыми при по мощи натурных экспериментальных исследований в производственных ус ловиях, являлись получить подтверждение адекватности разработанной математической модели оценки процессов деформирования при цикличе ском уплотнении почвы, модели для определения оптимального числа рей сов трелевочной системы по одному следу, а также получение данных для разработки формулы позволяющей связать транспортную нагруженность волока с уплотнением почво-грунта.

4.1 Получение характеристик изменения плотности почвы от числа проходов трелевочных систем Целью любого эксперимента является определение качественной и количественной связи между исследуемыми параметрами, либо оценка численного значения какого-либо параметра. Целью математической обра ботки результатов эксперимента является представление результатов на блюдений в виде наиболее простой формулы с оценкой возможной по грешности ее использования.

Под измерением понимают сравнение измеряемой величины с дру гой величиной, принятой за единицу измерения.

Различают два типа измерений: прямые и косвенные. При прямом измерении измеряемая величина сравнивается непосредственно со своей единицей меры. Например, измерение микрометром линейного размера, промежутка времени при помощи часовых механизмов, температуры термометром, силы тока амперметром и т.п. Значение измеряемой вели чины отсчитывается при этом по соответствующей шкале прибора.

При косвенном измерении измеряемая величина определяется (вы числяется) по результатам измерений других величин, которые связаны с измеряемой величиной определенной функциональной зависимостью. На пример, измерение скорости по пройденному пути и затраченному време ни, измерение плотности тела по измерению массы и объема, температуры при резании по электродвижущей силе, величины силы по упругим де формациям и т.п. В нашем случае использовался косвенный метод измере ния плотности почвы – по измеряемой массе, при известном объеме керна вычислялась его плотность.

Полученные, по методике описанной в главе 3, значения плотности кернов почвы заносились в журнал, после чего была проведена их матема тическая обработка по следующей известной [121-127] методике:

1. Вычисляли среднее значение измерений (математическое ожидание) 1n а = ai n i= 2. Определяли погрешности отдельных измерений как Vi = а аi;

3. Вычисляли квадраты погрешностей отдельных измерений Vi 2;

4. Измерения резко отличающиеся по своим значениям от остальных измерений, проверялись на промах. При исключении одного или не скольких измерений пункты 1...4 повторялись;

5. Определяли среднюю квадратичную погрешность результата серии измерений n V i Sa = i =.

n (n 1) 6. Определяли коэффициент Стьюдента t (n) для выбранной надежно сти и числа проведенных измерений n;

7. Находили границы доверительного интервала х = t (n)Sa 8. Получали окончательный результат в виде:

X = a ± x ;

9. Оценивали относительную погрешность результата серии измерений 100%.

е= В дальнейшем рассчитывались основные параметры и строились за коны распределения изучаемой физической величины – плотности почво грунта лесосеки.

В многочисленных работах предшественников, например [19, 44, 45, 128] доказано, что плотность лесных почвогрунтов, как естественного сложения, так и после воздействия на них движителей лесозаготовитель ных машин, подчиняется нормальному закону распределения. Известно, что механизм формирования нормально распределенных случайных вели чин состоит в следующем: такие величины формируются под воздействи ем очень большого числа независимых случайных факторов, причем сила воздействия каждого отдельного фактора мала и не может превалировать среди остальных. Во многих случайных величинах проявляется эффект большого числа независимых причин, отсюда и широкое применение нор мального закона на практике. В случае отклонения экспериментальных данных от нормального закона его удается использовать в качестве перво го приближения, при этом не редко оказывается, что подобное допущение дает достаточно точные с практической точки зрения результаты. Нор мальное распределение является двухпараметрическим, т.е. характеризует ся двумя числовыми статистиками: математическим ожиданием – x и средним квадратичным отклонением.

В табл. 4.1 приведены основные статистики законов распределения плотности почвы естественного сложения и после каждого из девяти пол ных рейсов трелевочной системы. Кроме того, в табл. 4.1 приведены зна чения транспортной нагруженности, вычисленные по формуле (2.16) для каждого рейса трактора, причем вместо величины грузооборота для всего пасечного волока брался усредненный объем пачки, трелюемой за один рейс трелевочной системы.

Таблица 4. Статистики закона распределения плотности почвогрунта Число Лесосека 1 Лесосека 2 Лесосека 2 Транс проходов портная Мат. дис- Мат. дис- Мат. дис трелевоч- ожи- персия ожи- персия ожи- персия нагру ной сис- дание плот- дание плот- дание плот- жен темы ность, плот- ности плот- ности плот- ности АГР, ности почвы, ности почвы, ности почвы, 32 32 кН·км почвы, (т/м ) почвы, (т/м ) почвы, (т/м ) 3 3 т/м т/м т/м 0 0,82 0,23 0,89 0,198 0,95 0,193 1 1,04 0,177 1,06 0,141 1,09 0,168 12, 2 1,19 0,132 1,18 0,121 1,22 0,139 25, 3 1,36 0,118 1,29 0,108 1,40 0,119 37, 4 1,49 0,099 1,42 0,099 1,51 0,099 50, 5 1,59 0,092 1,53 0,091 1,6 0,089 62, 6 1,65 0,089 1,61 0,088 1,66 0,084 75, 7 1,69 0,087 1,67 0,084 1,75 0,082 87, 8 1,72 0,086 1,70 0,081 1,78 0,080 9 1,73 0,085 1,71 0,080 1,80 0,079 112, 10 1,74 0,084 1,72 0,079 1,81 0,077 Полученные экспериментальная данные были обработаны при по мощи прикладных программ для ПЭВМ «Statistica 5.0», «Matcad 2005.

Proffessional» и «Excel 2005», входящей в пакет прикладных программ «Of fice XP Professional» для операционной системы Windows ХР. С помощью указанных программ из массивов экспериментальных данных были полу чены основные статистики законов распределения плотности почвы, пред ставленные в табл. 4.1, и их графическая интерпретация, представленная на рис. 4.1-4.3.

На рис. 4.1-4.3 представлены графики законов распределения плот ности почвогрунта от естественного сложения до десятого двойного про хода трелевочной системы по волокам трех исследуемых лесосек.

Рис. 4.1 Графики законов распределения плотности почвогрунта от естест венного сложения до десятого двойного прохода трелевочной системы для лесосеки № 1: 1-10 - проходы Как следует из анализа данных табл. 4.1 и рис. 4.1 за четыре двойных прохода трелевочной системы математическое ожидание плотности почвы возросло, что привело достижению относительной плотностью значения =1,55-1,6, сравнение полученных экспериментальных данных, с данны ми, приведенными на рис. 2.4 свидетельствует о достаточной точности теоретических расчетов.

Рис. 4.2 Графики законов распределения плотности почвогрунта от естест венного сложения до десятого двойного прохода трелевочной системы для лесосеки № 2: 1-10 - проходы Рис. 4.3 Графики законов распределения плотности почвогрунта от естест венного сложения до десятого двойного прохода трелевочной системы для лесосеки № 3: 1-10 - проходы Для определения закона аппроксимации, наиболее точно описываю щего изменения математического ожидания и дисперсии плотности поч вогрунта, характер которых хорошо виден на рис. 4.1 – 4.3 при помощи программы Excel 2005 была проведена переборка законов, что графически отражено на рис. 4.4 – 4.9.

Рис. 4.4 Экспериментальные и аппроксимирующие графики изменения ма тематического ожидания плотности почвы от числа двойных проходов трелевочной системы (N) для волоков лесосеки № 1: а) линейная аппрок симация;

б) полиноминальная второй степени;

в) степенная;

г) логарифми ческая;

1 – экспериментальная кривая;

2 – линия аппроксимации;

3 – ап проксимирующее выражение и коэффициент аппроксимации Рис. 4.5 Экспериментальные и аппроксимирующие графики изменения ма тематического ожидания плотности почвы от числа двойных проходов трелевочной системы (N) для волоков лесосеки № 2: а) линейная аппрок симация;

б) полиноминальная второй степени;

в) степенная;

г) логарифми ческая;

1 – экспериментальная кривая;

2 – линия аппроксимации;

3 – ап проксимирующее выражение и коэффициент аппроксимации Рис. 4.6 Экспериментальные и аппроксимирующие графики изменения ма тематического ожидания плотности почвы от числа двойных проходов трелевочной системы (N) для волоков лесосеки № 3: а) линейная аппрок симация;

б) полиноминальная второй степени;

в) степенная;

г) логарифми ческая;

1 – экспериментальная кривая;

2 – линия аппроксимации;

3 – ап проксимирующее выражение и коэффициент аппроксимации Как видно из графика экспериментальная кривая близка к логариф мической, это позволяет утверждать, что разработанные в главе 2 модели оценки процессов деформирования при циклическом уплотнении почвы не противоречат по характеру полученным при натурном производственном эксперименте данным.

Рис. 4.7 Экспериментальные и аппроксимирующие графики изменения дисперсии плотности почвы от числа двойных проходов трелевочной сис темы (N) для волоков лесосеки № 1: а) линейная аппроксимация;

б) поли номинальная второй степени;

в) степенная;

г) логарифмическая;

1 – экспе риментальная кривая;

2 – линия аппроксимации;

3 – аппроксимирующее выражение и коэффициент аппроксимации Рис. 4.8 Экспериментальные и аппроксимирующие графики изменения дисперсии плотности почвы от числа двойных проходов трелевочной сис темы (N) для волоков лесосеки № 2: а) линейная аппроксимация;

б) поли номинальная второй степени;

в) степенная;

г) логарифмическая;

1 – экспе риментальная кривая;

2 – линия аппроксимации;

3 – аппроксимирующее выражение и коэффициент аппроксимации Рис. 4.9. Экспериментальные и аппроксимирующие графики изменения дисперсии плотности почвы от числа двойных проходов трелевочной сис темы (N) для волоков лесосеки № 2: а) линейная аппроксимация;

б) поли номинальная второй степени;

в) степенная;

г) логарифмическая;

1 – экспе риментальная кривая;

2 – линия аппроксимации;

3 – аппроксимирующее выражение и коэффициент аппроксимации Данные рис. 4.7 – 4.9 позволяют отметить еще одну важную особен ность деформирования лесных почвогрунтов с ростом числа двойных про ходов трелевочной системы, а именно – эффект его упаковки и формиро вания более жесткой структуры почвы. Как видно при увеличении числа двойных проходов трелевочной системы, наряду с ростом значения мате матического ожидания плотности почвогрунта, наблюдается постепенное снижение дисперсии плотности, и начиная именно с четвертого – пятого рейсов формы кривых распределения мало отличаются по форме между собой, что свидетельствует о переходе почвогрунта из состояния аморф ной и слабосвязанной структуры к более определенной, с прогнозируемы ми физико-механическими характеристиками. Данные показывают, что на стадии 4-5-ти рейсов трелевочной системы дисперсия плотности почвог рунта снизилась почти в 2 раза, тогда как за последующие 4-5 рейсов – всего на 25 %.

4.2 Получение корреляционной зависимости между транспортной на груженностью и уплотнением почвогрунта лесосеки Как уже отмечалось в главе 1 наиболее предпочтительным путем по вышения экологической эффективности главного пользования лесом явля ется совершенствование именно технологии работ, поскольку создание специальных систем машин для каждого типа природно-производственных условий является весьма проблематичным. Вместе с тем понятно, что раз рабатываемые рекомендации должны быть как можно более простыми и их можно было бы проектировать исходя из небольшого числа легко рас считываемых и учитываемых факторов.

В главе 2 было отмечено, что одним из основных показателей работы первичного транспорта леса является транспортная нагруженность, кото рая связана, как было показано, с площадью пасеки, запасом леса на гекта ре, плотностью древесины, эксплуатационным весом трактора и длиной волока, длиной ленты набора пачки. Перечисленные показатели всегда имеются в распоряжении инженера-технолога (мастера леса, начальника службы лесозаготовок). Следовательно, можно утверждать, что показатель транспортной нагруженности в кН·км является несложно определяемым фактором, который при наличии тесной связи с уплотнением лесного поч вогрунта будет позволять легко прогнозировать оптимальное число двой ных проходов трелевочной системы по одному следу для доведения плот ности до оптимальной, с точки зрения последующего естественного лесо возобновления.

Известно [129, 130], что меру зависимости переменных представляет собой корреляция. Наиболее известна корреляция Пирсона (r), которая представляет собой меру линейной зависимости двух переменных. Если возвести его в квадрат, то полученное значение коэффициента детермина ции r2 представляет долю вариации, общую для двух переменных (иными словами, "степень" зависимости или связанности двух переменных). Чтобы оценить зависимость между переменными, нужно знать как "величину" корреляции, так и ее значимость. Уровень значимости, вычисленный для каждой корреляции, представляет собой главный источник информации о надежности корреляции. Значимость определенного коэффициента корре ляции зависит от объема выборок. Критерий значимости основывается на предположении, что распределение остатков (т.е. отклонений наблюдений от регрессионной прямой) для зависимой переменной y является нормаль ным (с постоянной дисперсией для всех значений независимой переменной x).

Две переменные могут быть связаны таким образом, что при возрас тании значений одной из них значения другой убывают. Это и показывает отрицательный коэффициент корреляции. Про такие переменные говорят, что они отрицательно коррелированы.

Априори понятно, что если между транспортной нагруженностью путей первичного транспорта леса и уплотнением почвы на них существу ет тесная связь, то она может быть только положительной корреляцией, т.е. при возрастании транспортной нагруженности будет возрастать и уп лотнение почвы в следе трелевочных систем.

При обработке полученных при проведении экспериментальных ис следований данных была сделана попытка получить линейную зависи мость между исследуемыми величинами, в результате был получено сле дующее уравнение регрессии Агр=169,542·-130,076, где: Агр – транспортная нагруженность волока, кН·км;

– плотность поч вогрунта, т/м3.

При этом был получен коэффициент корреляции R=0,983625, что свидетельствует о весьма тесной связи между транспортной нагруженно стью и плотностью почвы.

В дальнейшем, для проверки качества выполненного регрессионного анализа при помощи программы «Excel 2005», входящей в пакет приклад ных программ «Office XP Professional» для операционной системы Win dows ХР, была сделана попытка получить полиноминальную регрессион ную зависимость между транспортной нагруженностью и плотностью поч вогрунта трелевочного волока.

В [130] отмечается, что при сравнении качества регрессии, оценен ной по различным зависимым переменным, полезно исследовать доли объ ясненной и необъясненной дисперсии. Доля дисперсии зависимой пере менной, объясненной уравнением регрессии, называется коэффициентом детерминации. В двумерном случае коэффициент детерминации совпадает с квадратом коэффициента корреляции.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.