Выбор рациональной технологии и обоснование параметров поквартального освоения лесных участков
Покупка
Тематика:
Лесная промышленность
Издательство:
Поволжский государственный технологический университет
Год издания: 2016
Кол-во страниц: 295
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-8158-1672-5
Артикул: 786588.01.99
Доступ онлайн
500 ₽
В корзину
Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований, позволяющие осуществить выбор рациональных вариантов развития инфраструктуры лесных кварталов. Обоснована технология поквартального освоения лесных участков с расчетом основных технологических параметров, что дает возможность сократить перемещения техники, снизить негативные экологические последствия лесозаготовок, повысить доступность разрабатываемых выделов и производительность машин, задействованных при выполнении комплекса лесосечно-лесовосстановительных работ в лесном квартале.
Для исследователей, специалистов лесного комплекса, аспирантов и магистрантов лесопромышленных специальностей и направлений подготовки.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
К. П. РУКОМОЙНИКОВ ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОКВАРТАЛЬНОГО ОСВОЕНИЯ ЛЕСНЫХ УЧАСТКОВ Монография Йошкар-Ола 2016
УДК 630*327: 630*311 ББК 43.90 Р 85 Рецензенты: доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой промышленного транспорта, строительства и геодезии ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова» С. И. Сушков; доктор технических наук, декан механико-технологического факультета ФГБОУ ВО «Брянский государственный инженерно-технологический университет» А. Н. Заикин; доктор технических наук, директор Института лесопромышленного бизнеса и дорожного строительства ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет» Э. Ф. Герц Рукомойников, К. П. Р 85 Выбор рациональной технологии и обоснование параметров поквартального освоения лесных участков: монография / К. П. Рукомойников. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2016. – 296 с. ISBN 978-5-8158-1672-5 Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований, позволяющие осуществить выбор рациональных вариантов раз- вития инфраструктуры лесных кварталов. Обоснована технология поквар- тального освоения лесных участков с расчетом основных технологических параметров, что дает возможность сократить перемещения техники, сни- зить негативные экологические последствия лесозаготовок, повысить до- ступность разрабатываемых выделов и производительность машин, задей- ствованных при выполнении комплекса лесосечно-лесовосстановитель- ных работ в лесном квартале. Для исследователей, специалистов лесного комплекса, аспирантов и ма- гистрантов лесопромышленных специальностей и направлений подготовки. УДК 630*327:630*311 ББК 43.90 ISBN 978-5-8158-1672-5 © Рукомойников К. П., 2016 © Поволжский государственный технологический университет, 2016
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ................................................................................................. 7 Список сокращений ................................................................................... 11 Введение ..................................................................................................... 12 1. ПОКВАРТАЛЬНОЕ ОСВОЕНИЕ ЛЕСНОГО УЧАСТКА: СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ................... 14 1.1. Теоретические основы поквартального освоения лесных участков .............................................................................. 14 1.2. Анализ исследований, посвященных развитию транспортной инфраструктуры лесного квартала ....................... 23 1.2.1. Анализ исследований по размещению погрузочных пунктов и магистральных волоков в границах лесного квартала .................................................................. 23 1.2.2. Анализ методик размещения транспортных путей для вывозки древесины в пределах лесного квартала ........ 25 1.3. Анализ исследований, посвященных обоснованию основных технологических элементов лесосек в границах лесного квартала .......................................................... 30 1.4. Анализ технологических решений освоения лесосек и оценка их эффективности в условиях поквартального освоения лесных участков ............................................................. 33 1.5. Анализ исследований, посвященных моделированию технологии работ в динамических природно-производственных условиях освоения лесного квартала ............................................ 35 1.5.1. Анализ исследований, посвященных обоснованию графика реализации этапов транспортно- технологического освоения лесосек на арендуемой территории ................................................. 35 1.5.2. Анализ возможностей использования адаптивно-модульных лесных машин в динамических производственных условиях малообъемных лесозаготовительных предприятий ................................... 39 1.6. Анализ исследований, посвященных комплексному выполнению лесосечно-лесовосстановительных работ в лесном квартале с сохранением подроста хозяйственно ценных пород .......................................................... 41
1.6.1. Анализ исследований по обоснованию целесообразности комбинированного способа лесовосстановительных работ в границах лесного квартала .................................................................. 41 1.6.2. Постановка задачи выбора вариантов развития транспортной инфраструктуры при освоении лесного квартала с комбинированным лесовосстановлением ....... 45 Выводы по главе 1 и задачи исследования .......................................... 49 2. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСВОЕНИЯ ЛЕСНОГО КВАРТАЛА ........................................................................ 51 2.1. Развитие инфраструктуры лесного квартала ................................ 51 2.1.1. Структуризация погрузочных пунктов и магистральных волоков в условиях существующей сети лесовозных дорог в квартале ...................................... 51 2.1.2. Структуризация погрузочных пунктов и магистральных волоков в условиях проектируемой сети лесовозных дорог в квартале ...................................... 61 2.2. Обоснование основных технологических параметров на лесосеках различной конфигурации с неравномерным распределением запасов древесины по площади и ветвистой структурой трелевочных волоков ............................ 73 2.2.1. Обоснование размеров делянок, числа и местоположения погрузочных пунктов........................... 73 2.2.2. Обоснование среднего расстояния трелевки ..................... 79 2.3. Способы освоения лесосек в границах лесного квартала ........... 86 2.3.1. Способ разработки лесосек вблизи пересекающихся лесовозных дорог на территории лесного квартала ......... 86 2.3.2. Способ разработки лесосек вблизи нескольких квартальных просек (лесовозных дорог) с использованием машин флангового типа ......................... 87 2.3.3. Способ освоения лесосек с использованием машин для трелевки сортиментов .................................................. 90 2.3.4. Способ транспортно-технологического освоения лесосек с использованием валочно-пакетирующих машин фронтального типа .................................................. 94 2.3.5. Способ трелевки лесоматериалов с труднодоступных участков на территории квартала .................................... 96 Выводы по главе 2 ................................................................................. 99
3. ОБОСНОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ЭТАПОВ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТ ПРИ ОСВОЕНИИ ЛЕСНОГО КВАРТАЛА ................................................................................ 102 3.1. Моделирование технологии поквартального освоения лесных участков с обоснованием последовательности освоения лесосек и технологии ведения лесосечных работ в нечетких динамических природно-производственных условиях окружающей среды ...................................................... 102 3.2. Обоснование показателей грузовместимости погрузочных пунктов и простоев лесозаготовительной техники при формировании графика транспортного освоения делянок в лесном квартале.......................................................................... 122 3.2.1. Постановка задачи обоснования графика освоения делянок в пределах лесного квартала ................................ 122 3.2.2. Обоснование теоретических зависимостей функционирования трелевочной техники при соблюдении графика ведения работ .......................... 126 3.2.3. Обоснование теоретических зависимостей функционирования лесовозного транспорта с учетом графика работ на делянках ............................... 130 3.2.4. Обоснование показателей рациональной грузовместимости погрузочных пунктов в границах лесного квартала.............................................. 131 3.2.5. Обоснование целевой функции математической модели для выбора графика работ на делянках............................ 133 3.3. Моделирование взаимосогласованного функционирования комплектов адаптивно-модульных лесных машин .................... 141 Выводы по главе 3 ............................................................................... 147 4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИИ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСВОЕНИЯ ЛЕСНОГО КВАРТАЛА С КОМБИНИРОВАННЫМ ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИЕМ ........................................................... 150 4.1. Развитие транспортной инфраструктуры при освоении лесного квартала с комбинированным лесовосстановлением .. 150 4.1.1. Алгоритм анализа вариантов прокладки транспортных путей в лесном квартале ......................... 150
4.1.2. Методика обоснования направления прокладки технологического коридора для транспортировки подроста в лесном квартале ............................................. 154 4.1.3. Варианты структуризации сети транспортных путей в лесном квартале .................................................... 158 4.2. Разработка вариантов технологических схем и формирование комплектов агрегатов для пересадки подроста в пределах лесного квартала ........................................ 163 Выводы по главе 4 ............................................................................... 192 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКВАРТАЛЬНОГО СПОСОБА ОСВОЕНИЯ ЛЕСНЫХ УЧАСТКОВ ........................................................................ 193 5.1. Производственная проверка поквартального освоения лесных участков с обоснованием эффективности методики расчета технологических параметров лесосек ........................... 193 5.1.1. Описание технологии производственного эксперимента ...................................................................... 193 5.1.2. Статистический анализ результатов экспериментальных наблюдений ....................................... 200 5.1.3. Анализ результатов производственного эксперимента и обоснование адекватности теоретических показателей ......................................................................... 209 5.2. Результаты имитационного моделирования технологических процессов выполнения лесосечных работ на территории лесного квартала .................................................. 213 Выводы по главе 5 ............................................................................... 225 Заключение ............................................................................................... 227 Библиографический список .................................................................... 231 Приложения .............................................................................................. 259
ПРЕДИСЛОВИЕ В издании представлен разработанный автором комплекс матема- тических моделей, методик и алгоритмов, позволяющих решать задачи по совершенствованию развития инфраструктуры поквартального осво- ения лесных участков, технологии и организации работ с учетом рацио- нального размещения на территории лесного квартала основных техно- логических элементов в виде лесовозных дорог, технологических кори- доров, волоков и лесопромышленных складов в границах существую- щей квартальной сети лесных дорог в течение всего срока аренды лес- ных участков. Цель исследования и публикации представленных в работе автор- ских научных результатов определяется необходимостью теоретическо- го обоснования способов и параметров рационального транспортно- технологического обустройства лесного квартала, повышения техноло- гической эффективности поквартального освоения лесных участков с учетом воздействия на смежные производственные процессы и окру- жающую среду. Научная новизна работы заключается в следующем. 1. Предложены методика и математическая модель выбора рацио- нальной схемы транспортно-технологического освоения лесного квар- тала, отличающиеся одновременным анализом затрат на подготови- тельные и основные работы при трелевке и вывозке лесоматериалов с нескольких разрозненных лесосек с возможностью проектирования ле- совозных дорог на его территории. 2. Предложены математические зависимости для расчета среднего расстояния трелевки и методика обоснования числа и размещения по- грузочных пунктов на лесосеках различной конфигурации, отличающи- еся учетом разнообразия рубок, технологических схем разработки пасек и территориального размещения трелевочных волоков в условиях не- равномерности распределения запасов древесины на территории лесо- секи. 3. Разработаны защищенные патентами РФ новые способы освое- ния лесосек, отличающиеся учетом специфики размещения квартальных просек, технологических коридоров, лесовозных дорог и магистральных волоков на территории лесного квартала и сокращением воздействия лесных машин на почвенный покров лесосек. 4. Предложены «растянутые во времени» стационарно- динамические графические модели операционной сети технологических процессов лесозаготовок с обоснованием алгоритма поиска потока ми-
нимальной стоимости, характеризующего затраты при реализации ра- циональной технологии освоения нескольких лесосек в нечетких дина- мических природно-производственных условиях поквартального освое- ния лесных участков, отличающиеся тем, что прохождение потока по дугам графов снижает пропускную способность параллельных дуг, ха- рактеризующих выполнение одноименных технологических операций анализируемых временных интервалов. 5. Предложены методика и математическая модель обоснования последовательности выполнения основных переместительных операций лесозаготовительных работ при поквартальном способе освоения лес- ных участков, отличающаяся комплексным учетом графиков реализа- ции лесосечных работ на всех лесосеках в границах лесного квартала и вывозки древесины с погрузочных пунктов на разрабатываемой терри- тории. 6. Разработана модель функционирования комплектов машин, от- личающаяся возможностью анализа комплекса технологических опера- ций на различных этапах освоения лесосек в разнообразных природно- производственных условиях с учетом принципов компоновки энергети- ческих и технологических модулей. 7. Предложены математические зависимости, позволяющие фор- мировать комплекты агрегатов для пересадки подроста в лесном квар- тале на основе расчета их сменной комплексной выработки, отличаю- щиеся учетом их взаимозаменяемости и возможности использования отдельных агрегатов на смежных операциях технологического процесса для обеспечения согласованного функционирования всего комплекта. 8. Разработаны алгоритм выбора транспортного обустройства и защищенные патентами РФ варианты развития транспортной инфра- структуры лесного квартала с комбинированным лесовосстановлением, отличающиеся комплексным учетом технологических нормативов вы- полнения лесосечных и подготовительных работ с сохранением и пере- садкой подроста. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций под- тверждается использованием в работе современных, апробированных теоретических подходов с применением научных основ логистического и системного анализа, целочисленного и динамического программиро- вания, дифференциального и интегрального исчисления, математиче- ского и имитационного моделирования, теории планирования экспери- мента, математической статистики, информационных технологий и эле- ментов теории графов, а также совпадением результатов теоретических исследований с результатами производственных экспериментов и ими-
тационного моделирования транспортных потоков лесоматериалов с доверительной вероятностью 0,95 полученных закономерностей. Результаты проведенных исследований приняты во внимание при разработке и внедрении в учебный и производственный процессы сле- дующих нормативных документов: 1) Концепция развития лесного комплекса Республики Марий Эл до 2010. Одобрена постановлением Правительства Республики Марий Эл от 26.10.2006 года №221; 2) Концепция развития лесного комплекса Поволжья до 2010 года. Утверждена на заседании Межрегионального правительственного комитета Ассоциации «Большая Волга»; 3) Лесной план Нижегородской области. Утвержден постановлением правительства Нижегородской области 31.12.2008; 4) Лесной план Самарской области. Утвержден постановлением Губернатора Самарской области 31 декабря 2008 года №149; 5) Лесной план Республики Марий Эл. Утвержден постановлением Правительства Республики Марий Эл от 23 декабря 2008 г. №805Р. Результаты исследований внедрены в учебный процесс путем издания учебных пособий с грифом УМО [165, 232, 233, 234] и используются студентами очной и заочной форм обучения при изучении дисциплин « Обоснование технологических параметров и режимов функционирования лесозаготовительный машин», «Исследование лесопромышленных процессов», «Патентно-лицензионная деятельность», «Новые способы лесозаготовок и лесовосстановления», «Логистика в лесном комплексе». Основные положения работы вошли в состав разработанных с участием автора по вышеуказанным дисциплинам учебно- методических комплексов для подготовки бакалавров и магистров по направлениям подготовки 250400.62, 250400.68. Результаты научно-исследовательской работы внедрены в произ- водство в рамках: 1) научно-исследовательской темы «Разработка основных технико- технологических подходов к внедрению и реализации промышленной технологии освоения лесных участков на базе комплексного решения задач технологического процесса лесосечно-лесовосстановительных работ с совмещенным лесовосстановлением», выполненной по заданию Министерства образования и науки РФ в 2012 году № 7.1846.2011; 2) научно-исследовательской работы по заданию Федерального агентства по образованию в 2010 г. №1.1.10 «Разработка теоретических методов передачи данных комплекса лесосечно-лесовосстановительных работ ансамблями широкополосных сигнатур по каналу связи»;
3) научно-исследовательской темы «Разработка комплекса меро- приятий развития инфраструктуры поквартального освоения участков лесного фонда», выполненной в рамках ФЦП «Исследования и разра- ботки по приоритетным направлениям науки и техники» на 2002- 2006 гг. (Г/К № 02.442.11.7334). Шифр 2006-РИ-19.0/001/363 «Проведе- ние научных исследований молодыми учеными» (IV-очередь); 4) госбюджетной научно-исследовательской темы: «Разработка ра- циональных технологий лесозаготовок с совмещенным лесовозобновле- нием». Номер темы (шифр): 74Я. Номер договора: 21-04Б от 20.07.1999. Результаты проведенных исследований докладывались, обсужда- лись и были одобрены на международных и всероссийских научно- практических конференциях в Воронеже (1998), Петрозаводске (2001), Красноярске (2002), Ухте (2013), Йошкар-Оле (1998-2015 гг.). Результаты исследований вошли в перечень наиболее значимых итогов научных ис- следований и разработок Поволжского государственного технологиче- ского университета за 2006 и 2014 годы. Автор выражает признательность основоположнику и идейному вдохновителю основных научных положений исследования доктору технических наук, зав. кафедрой технологии и оборудования лесопро- мышленных производств Поволжского государственного технологиче- ского университета Юрию Александровичу Ширнину, а также рецензен- там издания: доктору технических наук, зав. кафедрой промышленного транспорта, строительства и геодезии Воронежского государственного лесотехнического университета Сергею Ивановичу Сушкову, доктору технических наук, декану механико-технологического факультета Брян- ского государственного инженерно-технологического университета Анатолию Николаевичу Заикину, доктору технических наук, директору Института лесопромышленного бизнеса и дорожного строительства Уральского государственного лесотехнического университета Эдуарду Федоровичу Герцу за ценные замечания и предложения, которые были учтены при работе над рукописью.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ АВПП – агрегат для выкопки и посадки подроста БП – бензопила ВВХ – выгрузка для временного хранения ВВХК – выгрузка для временного хранения с одновременным контей- нерованием ВИ – выкопка подроста индивидуальная ВОП – выгрузка с одновременной посадкой. ВПМ – валочно-пакетирующая машина ВСРМ – валочно-сучкорезно-раскряжевочная машина ВЯ – выкопка ямок для посадки подроста ГИС – геоинформационная система ДТС – доставка подроста в транспортное средство ДТСК – доставка подроста в транспортное средство с одновременным контейнерованием МОС – машина для очистки деревьев от сучьев ПП – погрузочный пункт ПТМ – пакетировочно-трелевочная машина ПТМс – пакетировочно-трелевочная машина для трелевки сортиментов СРМ – сучкорезно-раскряжевочная машина ТМ – трелевочная машина ТП – транспортировка подроста ТТК – трелевочный трактор с канатно-чокерным оборудованием
ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы. С начала 90-х годов ухудшение экономиче- ской ситуации [269, 82] привело к распаду крупных лесозаготовитель- ных комплексов на мелкие предприятия различной формы собственно- сти с небольшими объемами лесозаготовок [67, 68, 240], изменились основные характеристики разрабатываемых лесосек, уменьшились их площади, увеличилось расстояние вывозки древесины. В этот период почти прекратилось проектирование и строительство новых лесных до- рог, а последующее постепенное увеличение объемов вывозки привело к тому, что наряду с ухудшением состояния ранее построенных лесных дорог возникла острая необходимость в развитии транспортной сети для освоения лесных участков. В настоящее время в условиях роста транспортных затрат и конку- ренции наличие недостаточно развитой транспортной сети на террито- рии большинства лесопромышленных предприятий России является серьезной экономической проблемой, что отмечено при разработке стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации на пери- од до 2020 года [145-147, 212]. Решение данной проблемы недостижимо без концентрации объемов выполняемых работ на территории арендуе- мых лесных участков. В этих условиях повышается экономическая и экологическая целе- сообразность так называемого поквартального метода освоения лесных участков [9, 11, 217], предусматривающего объединение мелких такса- ционных выделов в более крупные территориальные единицы, способ- ствующее неистощительному лесопользованию [209] в соответствии с задачами арендной формы взаимодействия лесовладельцев и пользова- телей древесного сырья [83, 84]. Реализация поквартального способа является одним из основных направлений при решении задач создания условий для выполнения на лесных участках комплекса лесохозяйственных и лесозаготовительных работ, поставленных правительством перед лесным сектором экономи- ки РФ [78, 79, 80], и позволяет сконцентрировать средства для строи- тельства и ремонта лесных дорог, расчистки квартальных просек, маги- стральных волоков и технологических коридоров. В то же время в результате ухудшения сырьевых характеристик доступных для освоения лесов возросшие требования Лесного кодекса РФ [77] и положения об аренде земельных участков лесного фонда [140] к сохранению лесной среды заставляют арендатора, наряду с лесозаго- товками в лесном квартале, заниматься восстановлением лесов. При
этом в условиях наблюдаемого постепенного перехода на интенсивную модель ведения лесного хозяйства на хорошо освоенных лесных терри- ториях необходимо внедрение активных мероприятий, связанных с по- вышением сохранности подроста при размещении транспортных путей, дающих возможность повышения экономического эффекта от ведения лесного хозяйства за оборот рубки с учетом принципов выращивания насаждений с целевой породной и сортиментной структурой. Однако наряду с постепенным развитием комплексного ведения лесного хозяйства [90, 96, 155] и значительным объемом существую- щих научных исследований в области освоения отдельных территориально разобщенных таксационных выделов, для эффективной реализации поквартального способа отсутствует решение ряда вопросов по научному обоснованию особенностей размещения транспортно- технологической сети и реализации работ на территории лесного квартала, что актуализирует данную проблему и свидетельствует о необходимости выполнения научных исследований, чрезвычайно важных для экономики отрасли.
1 ПОКВАРТАЛЬНОЕ ОСВОЕНИЕ ЛЕСНОГО УЧАСТКА: СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Теоретические основы поквартального освоения лесных участков Согласно лесоустроительной инструкции [143] территория каждого лесничества при его проектировании разделяется на лесные кварталы. В лесах, за которыми постоянно ухаживают, лесные кварталы для обозначения их границ разделены освобожденными от деревьев и кустарников прямолинейными просеками, которые должны регулярно расчищаться [ 211]. При лесоустройстве проводят расчистку квартальной просеки на ширину 0,5 м. Расширение просек до 4 м осуществляется в последующие годы работниками лесничества. Размеры кварталов состав- ляют: в южных районах – 0,5×0,5 км; в средней полосе – 1×1 км; север- нее – 2×1, 2×2, 2×4 км; и самые большие кварталы – 4×4 км – в совер- шенно необжитых районах. Система лесных кварталов представляет собой квартальную сеть, «создаваемую на землях лесного фонда с целью его инвентаризации, организации и ведения лесного хозяйства и лесопользования» [211]. Использование квартальной сети обеспечивает хозяйственную деятель- ность лесничеств; учет лесного фонда, помогает безошибочно и быстро ориентироваться в лесу; облегчает работу геологов, топографов, земле- устроителей. Проект квартальной сети по каждому объекту лесоустрой- ства составляется отдельно по лесничествам на основе планово- картографических лесоустроительных материалов предыдущего лесо- устройства, материалов аэрофотосъемки и топографических карт в масштабе плана лесонасаждений (рис. 1.1). Прямоугольная квартальная сеть с прокладкой просек с севера на юг и с востока на запад проектиру- ется при лесоустройстве в равнинной местности. В горной местности квартальная сеть проектируется с учетом существующих или планируе- мых грузопотоков, с максимальным учетом естественных разграничи- тельных рубежей.
Доступ онлайн
500 ₽
В корзину