авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< 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 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

Оптимизация параметров технологических процессов лесопромышленного комплекса дальнего востока на принципах устойчивого лесопользования

-- [ Страница 3 ] --

Экспертный анализ рельефа различных лесосек в лесах дальневосточного региона позволил сделать предварительные априорные выводы о стационарности процесса изменения микропрофиля и существенной зависимости его характеристик от уклона макропрофиля. В качестве методического базиса при обосновании способа описания микропрофиля предложен экспериментально-статистический подход. При этом, путем тахеосъемки, были исследованы профили реальных лесосек в диапазоне средних уклонов от 8 до 30 градусов. Информационный анализ материалов, посвященных изучению неоднородностей земной поверхности, позволил определить предварительный математический аппарат для описания микропрофиля. Наиболее приемлемым компромиссом между сложностью представления микропрофиля лесосеки и точностью математических моделей является идеализация этой характеристики лесосеки в виде стационарного случайного процесса.

Для идентификации микропрофиля, с помощью пакета прикладных программ статистической обработки информации, произведен анализ спектральной плотности изменения микропрофиля .Статистический анализ полученных результатов натурных съемок подтвердил гипотезу о стационарности изменения . Характер изменения динамических оценок реальных и полученных рядов (рис.6) позволяет адекватно моделировать ковариацию асимптотически – периодической функцией К(), а спектр – дробно-периодической плотностью S():

(4)

(5)

где; - дисперсия микропрофиля, м2;

- параметры уравнений;

- запаздывание (м) и частота (2/м).

 Автоковариационная функция-91

Рисунок 6 - Автоковариационная функция микропрофиля лесосек

дальневосточного региона

Статистическая интерпретация полученных результатов в классе нелинейных уравнений дала возможность получить математические модели зависимостей параметров ковариационной функции K() от угла наклона макропрофиля Y4:

=0,61461-0,01112Y4 + 0,00015Y42, =0,29084-0,01924Y4+0,0004Y42, (6)

=0,2505-0,0096Y4 + 0,0001Y42

Таким образом, зная характеристику макропрофиля – уклон Y4, можно оценить параметры функции микропрофиля K(), которые являются исходными данными для генерирования реализаций стационарных случайных процессов, моделирующих характер изменения неровностей лесосеки. Данный алгоритм был реализован в виде программного модуля, служащего одной из подпрограмм для моделирования микропрофиля лесосек в комплексной математической модели оценки эффективности функционирования лесосечных машин.

В третьем разделе проведены исследования по анализу промышленного потенциала лесного комплекса ДФО; выполнено обследование технологических процессов (ТП), реализующихся в лесопромышленном комплексе Дальнего Востока; разработана концепция развития региона с учетом реализации принципов устойчивого лесопользования; составлена матрица реализации всех возможных ТП и производственных операций лесозаготовительного производства.

Ежегодный возможный объем заготовки древесины (расчетная лесосека) составляет по Дальневосточному федеральному округу около 90 млн м3, а ее использование лишь – 15,6 %. Доля лесозаготовок на арендованных участках лесного фонда составляет 62,5 % (против 42 % по Российской Федерации). Лесозаготовительные предприятия Дальнего Востока на протяжении ряда лет интенсивно эксплуатировали лесосырьевые базы, занимаясь заготовкой в основном хвойной древесины и частичной ее обработкой; производством и поставкой на экспорт круглых лесоматериалов и в незначительных объемах пиломатериалов и технологической щепы. Это обусловлено последствиями периода перехода к рыночной экономике, в ходе которого прекратилось производство продукции глубокой переработки древесины и, в связи с этим, экспортной специализацией предприятий Дальнего Востока.

Оптимизация лесозаготовительного производства требует, прежде всего, создания эффективной модели всего производственного цикла предприятия, основным звеном которой являются технологические процессы заготовки древесины. Из всех существующих технологических процессов наибольшее применение в лесозаготовительной отрасли ДФО нашли технологические процессы с вывозкой хлыстов и с вывозкой сортиментов. В зависимости от состава, последовательности и места выполнения отдельных операций технологического процесса на лесозаготовках ДФО успешно функционируют четыре варианта хлыстовой и восемь вариантов сортиментной технологий лесозаготовок, которые осуществляются десятью системами машин, различающимися назначени­ем, технологическими и конструктивными особенностями. Каждый вариант технологического процесса может выполняться альтернативными системами машин, в комплекс которых входят установки одного и того же назначения, но различающие­ся принципом работы или конструктивными решениями.

При выполнении комплексной оценки ТП лесозаготовительных предприятий были обследованы их регионально-производственные условия, характеризующие объем производства, номенклатуру выпускаемой продукции, организационную структуру производства и территориальное месторасположение предприятия. В настоящее время установилась устойчивая тенденция к росту объемов лесозаготовок по сортиментной технологии с использованием широкой гаммы систем ЛЗМ. В различных регионах федерального округа соотношение объемов заготовки древесины между системами ЛЗМ неоднородно. При этом, 63 % объема заготовки по ДФО в целом приходится на сортиментную и 37 % - на хлыстовую технологии.

Сложившаяся тенденция активного освоения дальневосточных лесов требует обязательного пересмотра стратегии лесопользования в регионе с ускоренной реализацией принципов устойчивого лесопользования, которые относятся к числу тех разделов, по которым национальные системы сопоставляются с международными системами лесной сертификации при их аккредитации. Каждый из принципов устойчивого лесопользования ориентирован на достижение устойчивости во всех сферах деятельности предприятия – в экономической, экологической и социальной.

В результате проведенного анализа промышленного потенциала лесного комплекса ДФО и обследования технологических процессов (ТП), реализующихся в лесопромышленном комплексе Дальнего Востока, разработана концепция развития лесопромышленного комплекса региона и выполнена систематизация систем ЛЗМ по типам ТП с целью дальнейшей формализации всех выполняемых в ходе лесосечных работ технологических операций. Составлена матрица состояний предмета труда (дерево, хлыст и т. д.), позволяющая сгенерировать таблицу, содержащую все возможные технологические процессы и операции. Для достижения конечной цели исследований была поставлена задача формализации технологических процессов, в ходе которых происходит качественное изменение предмета труда. Для достижения необходимой простоты описания и точности воспроизведения описываемого объекта предлагается рассматривать лесосечные работы, как единую функционирующую систему, включающую технику, технологию и окружающую среду.

При формализованном описании технологии лесосечных работ, как системы, необходимо учитывать следующие аспекты: технический, социальный, экологический и экономический.

Весь технологический процесс освоения лесосеки условно разбит на микротехнологию (операции у пня) и макротехнологию (транспортные операции в масштабах лесосеки) и описываются в виде функционального графа, узлы которого отображают состояние предмета труда (дерева) в процессе его преобразования, а дуги графа соответствуют способам воздействия на него. Граф показывает совокупность технологических переходов (операций), каждый из которых может быть осуществлен по одному из принципов рядом технических устройств, характеризуемых перечнем конструктивных и технологических параметров. Описание лесосечных работ осуществлено с использованием аппарата теории булевых функций. При формировании булевой таблицы была использована матрица состояний предмета труда на лесосеке.

Описание лесосечных работ позволяет свести способы воздействия техники и технологии на ПТ и лесную среду к чередующимся воздействиям: «разделение» и «перемещение» в пространстве предмета труда.

Формализация технологических переходов, связанных с разделением ПТ осуществлена с использованием основ теории резания древесины.

Оценить технологические переходы, связанные с перемещением предмета труда по территории лесного массива, можно с использованием формализованного описания транспортной сети, покрывающей лесосеку. Лесосеку можно представить в виде площади леса, покрытой дискретными участками. Для оценки лесоводственных и технико-экономических показателей эффективности разработки лесосек были рассмотрены различные схемы их освоения. При этом возможные схемы покрытий лесосек предлагается оценивать по следующим входным коэффициентам:

Ki - интенсивность рубки по площади;

Kp - перекрытие площади (разобщенность участков);

Kf - формы участков;

Kz - количество зон на лесосеке.

(7)

где; Sобщ - площадь всей лесосеки, Sp - площадь всех разработанных участков,

Si - площадь i-го участка, c, d – параметры формы участков.

С использованием предлагаемых коэффициентов, характеризующих схему освоения лесосеки, в работе описаны законы распределения и параметры удельной нагрузки на единицу длины (или площади) волока в зависимости от числа проходов по нему трелевочных машин. При этом определены следующие параметры, характеризующие степень эффективности схемы разработки лесосеки:

- расстояние трелевки для z-го участка Az:

(8)

- суммарная длина всех путей :

(9)

- среднее расстояние трелевки :

(10)

где; Zj - j-я зона на площади лесосеки,,j=1,n; Li - i-й участок в j-й зоне,,i=1,mj.

Полученные зависимости использованы при составлении математической модели функционирования технологического процесса.

В четвертом разделе приведены результаты исследований по лесоводственно-экологической оценке использующихся систем ЛЗМ и технологий реализации лесосечных работ. Проведение данного вида оценки необходимо, прежде всего, для определения предельно допустимых воздействий лесоэксплуатации на лесные биоценозы и выявления оптимальных технологических решений, позволяющих, наряду с сохранением лесной среды, обеспечить наивысшую производительность труда на лесосечных работах, комплексное и рациональное использование всей древесины, отводимой в рубку.

Прогрессирующее истощение и ухудшение качества древесных лесных ресурсов, снижение их природоохранного и экологического потенциала требует незамедлительного изменения стратегии лесопользования, перехода на ресурсосберегающие технологии лесозаготовок и переработки древесного сырья, совершенствования методов ведения лесного хозяйства. Для решения этой проблемы, в первую очередь, необходимо соблюдение следующих основных лесохозяйственных, экологических и технологических принципов:

  • -сохранение постоянства покрытия лесом территорий лесозаготовок;
  • -снижение до минимума временного интервала между заготовкой леса и лесовосстановлением;
  • -внедрение современных технологий и систем лесозаготовительных машин, обеспечивающих сохранение лесной среды на вырубаемых площадях и снижение количества выбросов отработанных газов в атмосферу;
  • -совершенствование технологических процессов функционирования предприятий лесопромышленного комплекса с полным и рациональным использованием древесины.

Реализация принципа постоянства покрытия лесом площади лесозаготовок главным образом определяется следующими факторами:

  • - выбором оптимальной системы рубок и систем лесозаготовительных машин;
  • - сохранением подроста и деревьев, не подлежащих рубке;
  • - минимальным нарушением поверхности почвы.

Выбор системы и способа рубок зависит, прежде всего, от группы лесов, биологических особенностей главных лесообразующих пород, возрастной структуры и строения древостоев, лесорастительных условий, устойчивости почв против эрозии, от наличия и состояния подроста. С технической и технологической сторон более просто решаются вопросы организации лесозаготовок при сплошных рубках. В то же время, они более радикально, в сравнении с другими системами и способами рубок, негативно изменяют лесорастительные условия и всю экологическую среду. Вследствие относительной простоты подготовки лесосечного фонда и организации лесосечных работ, а также минимальных затрат сил и средств на валку и трелевку сплошные рубки являются наиболее распространенной формой лесоэксплуатации на Дальнем Востоке, в связи с чем 65-75 % заготавливаемой древесины хвойных пород приходится на сплошные рубки.

Особенно это характерно для елово-пихтовых и лиственничных лесов, подверженных наиболее интенсивному освоению. При этом около 1/3 лесов Дальнего Востока произрастают на склонах крутизной свыше 20о. Следует также учитывать, что большей части дальневосточных лесов присущи черты девственных разновозрастных насаждений, в которых также наиболее целесообразны различные варианты несплошных рубок. Поэтому вопросы совершенствования способов и видов несплошных рубок и широкое их внедрение в лесозаготовительную практику являются неотложной и насущной потребностью.

На основании результатов аналитических исследований по изучению запасов древесины во всех лесных формациях ДФО по возрастной структуре, по рельефу мест произрастания и другим лесорастительным условиям с учетом требований «Правил заготовки древесины», установлено, что, необходимо произвести коренное перераспределение систем рубок в следующих пропорциях, представленных на рисунке 3.

Предлагаемое соотношение объемов заготовки по системам рубок позволит обеспечить выполнение одного из главных принципов устойчивого лесоуправления – сохранение экологического потенциала и биологического разнообразия лесов, а также обеспечить непрерывность лесопользования.

а – в настоящее время; б – рекомендуемое

Рисунок 3 – Освоение дальневосточных лесов по системам рубок

Сохранность подроста и тонкомерных деревьев на вырубках является одним из основных критериев лесоводственной оценки эффективности технологий использования систем ЛЗМ. В работе выполнены теоретические исследования, в которых сделана попытка рассмотреть влияние технологии использования систем лесосечных машин на сохранность подроста через показатель степени вероятности встречи захватно-срезающего устройства (ЗСУ) лесозаготовительной машины с подростом и тонкомерными деревьями. При этом рассматривался процесс работы валочно-пакетирующей машины (ВПМ) в лесном массиве на технологической стоянке с осевым (наведением на дерево) и радиальным (выносом дерева из пасеки и укладкой его в формировочно-транспортный модуль (ФТМ) или на вырубку) перемещением манипулятора, в результате чего наносятся основные механические повреждения стволовой части и кроне подроста и тонкомерных деревьев. Вероятность контакта ЗСУ с подростом и тонкомерными деревьями (соответственно их повреждение) при работе ВПМ с пакетированием деревьев на вырубке определялась по формуле:

(11)

где; Sr, Sx, S n – площади лесного массива, на которых происходит повреждение подроста в процессе работы ВПМ; , b – ширина ЗСУ, N – число деревьев на 1м2 площади лесного массива (шт./м2), М – мидель кроны,

;

где; 1 и 2 – коэффициент формы и густоты заполнения кроны, соответственно,

Hкр, Dкр – высота и срединный диаметр кроны; R- максимальный вылет стрелы манипулятора ВПМ; h- ширина волока; – коэффициент перекрытия площади деревьями, укладываемыми в пачку (<1), в – центральный угол рабочей зоны манипулятора ВПМ, град.

Математическая интерпретация полученных зависимостей показала, что теоретическое значение вероятности повреждения подроста и тонкомерных деревьев при использовании ВПМ с формировочно-транспортным модулем составляет 25 %, а при обычной технологии 64 %.

Для определения степени адекватности результатов теоретических исследований нами были проведены экспериментальные рубки в различных лесорастительных условиях дальневосточного региона. В качестве оценочных устанавливались такие эколого-лесоводственные параметры, как сохранность подроста и тонкомерных деревьев на вырубках и влияние различных технологий использования систем ЛЗМ на верхние горизонты почвы.

При использовании на лесосечных работах ВПМ, снабженной формировочно-транспортным модулем (ФТМ), и трелевочной машины, осуществляющей транспортировку ФТМ, наблюдается значительное повышение сохранности подроста и оставляемых деревьев (в бесснежный период сохраняется до 65 % подроста предварительной генерации, а зимой - до 80 %). Результаты теоретических исследований полностью подтверждаются показателями натурных наблюдений.

Воздействие на почву также в значительной степени зависит от размеров лесосек, используемых систем ЛЗМ, технологии работ, почвенно-грунтовых условий и сезона заготовки.

Результаты исследований показали, что горно-таежные бурые почвы экспериментальных участков, преобладающие в составе земель лесного фонда региона, в естественном состоянии достаточно устойчивы. Однако, они легко уязвимы при проведении лесозаготовок. На лесосеках, разработанных сплошными рубками, отмечены значительные механические повреждения (вплоть до уничтожения) органогенного слоя почвы, а нередко нарушения и нижележащих горизонтов.

По результатам проведенных натурных исследований получена регрессионная зависимость степени минерализации лесных почв Мп от воздействующих факторов:

Мп =0,841 t1 +0,769 t2 + 0,0045 t3 t4 (12)

где: t1- вид транспортируемой продукции, t2 – способ рубки, t3 – интенсивность рубки по запасу, t4 - используемая система ЛЗМ.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.