Цель данной работы – совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом их свойств в сезонные и межсезонные периоды. Объект исследования




Скачать 90.01 Kb.
НазваниеЦель данной работы – совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом их свойств в сезонные и межсезонные периоды. Объект исследования
Дата10.03.2013
Размер90.01 Kb.
ТипДокументы
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЛЕСНЫЕ ПОЧВО-ГРУНТЫ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ МЕЖСЕЗОННЫХ ПЕРИОДОВ


Ратькова Е.И. (ПетрГУ, г. Петрозаводск, РФ)


Summary: A model for the evaluation of the harvesting machines’ impact on wood soils during transitional seasons is offered. The suggested model is based on the logistical equation of Ferhjusta and is instrumental in the evaluation of the destruction impact on wood soils. The depth of the track is considered an integral indicator of the destruction impact.


Характеристика проблемы исследования. В современных условиях в связи с очевидной необходимостью все более рационального использования природных ресурсов появляется ряд взаимосвязанных многоплановых проблем совершенствования технологий и оборудования. Одна из таких комплексных проблем заключается в совершенствовании технологий лесопользования с применением новых возможностей современной лесозаготовительной техники и с учетом факторов, от которых зависит сохранение и возобновление лесных экосистем. Данная проблема включает в себя ряд аспектов, рассмотренных в работах [26], [27] и др. Анализ литературы показал, что вопросы механического воздействия колесной и гусеничной техники на почво-грунты требуют продолжения исследований. Наименее изученными остаются вопросы, связанные с лесохозяйственными работами в межсезонные периоды (весна, осень).

В данной статье рассматривается один из подходов к оценке механического воздействия движителей лесозаготовительной техники на почво-грунт с учетом особенностей их свойств в межсезонные периоды.

Для межсезонных периодов характерна нестабильность структуры почво-грунта, связанная, в частности, с наличием частиц льда различной крупности, неоднородностью, пористостью, тиксотропными свойствами (в ряде случаев) и т. д. Эти свойства обычно не учитываются в известных методиках анализа механического воздействия лесохозяйственных машин на почво-грунт, что объясняется сложностью и недостаточной изученностью появляющихся в данной связи вопросов. Различные аспекты данной проблемы рассмотрены в работах [1]–[4], [6]–[19], [21]–[31].

Итогом такого воздействия являются колееобразование, уплотнение почво-грунтов, изменение их пористости, минерализации и т. д. [8], [9]. Технологии лесозаготовок и лесного хозяйства должны совершенствоваться так, чтобы обеспечивать минимально возможное разрушающее воздействие движителя на лесные почво-грунты при обеспечении достаточной производительности, в том числе в межсезонные периоды. Для решения появляющихся в данной связи задач используются как экспериментальные методы, так и методы математического моделирования.

Цель данной работы – совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом их свойств в сезонные и межсезонные периоды.

Объект исследования – система «ходовая часть лесозаготовительной машины – лесные почво-грунты».

Предмет исследования – закономерности и результат взаимодействия ходовой части лесозаготовительной машины с лесными почво-грунтами с учетом особенностей межсезонного периода.

Подобные вопросы исследуются в работах по моделированию обработки земель сельскохозяйственного назначения. Однако прямое заимствование методик расчета невозможно по ряду причин, которые рассмотрены, например, в статье [23].

Далее рассматривается задача об образовании колеи как результате механического воздействия лесозаготовительных машин на почво-грунты.

К настоящему времени разработан ряд математических моделей деформирования почво-грунта, предложены методики вычисления глубины колеи. Появляющиеся в этой связи вопросы достаточно подробно обсуждаются в книгах [3], [15], [24], в статьях [4], [10], [22] и в других работах. Авторы отмечают, что некоторые из упрощенных моделей недостаточно обоснованы с физической точки зрения, имеют эмпирический характер, область их применения остается неясной. Другие методики, напротив, чрезвычайно сложны для применения в инженерной практике. В их основу положены модели с большим числом расчетных параметров, определение которых представляется не всегда возможным, а численная реализация некоторых методик выполняется по громоздким алгоритмам [17].

Методология исследования. По причине сложности структуры и трудности определения свойств лесных почво-грунтов с учетом особенностей межсезонных периодов, система «ходовая часть машины – лесные почво-грунты» может рассматриваться как «черный ящик». Этот термин используется при исследовании моделей в кибернетике и в других науках для обозначения такой системы, детальное устройство которой неизвестно, но известно, как она реагирует на внешние воздействия [32]. В рассматриваемом случае внешним воздействием является нагрузка от ходовой части лесозаготовительной машины, а известной реакцией – глубина колеи.

Гипотеза исследования: глубина колеи, функционально зависящая от числа проходов лесозаготовительной машины, может рассматриваться как интегральный критерий, суммирующий в себе влияние свойств почво-грунта.

Предлагаемая методика. Пусть H0 – начальная глубина колеи, H глубина колеи после некоторого количества проходов N, Hmax – максимальная глубина колеи. Примем во внимание, что для моделирования многих процессов в природе и технике применяется логистическое уравнение Ферхюльста и его модификации [5], [20]. Однако для моделирования колееобразования данное уравнение не применялось.

Учитывая, что даже при однократном походе колеса деформации почво-грунта появляются не мгновенно, запишем указанное уравнение в виде:

. (1)

Здесь r – безразмерный параметр модели, характеризующий относительную скорость изменения указанных деформаций. Максимальная глубина колеи Hmax заранее неизвестна. Чтобы исключить из рассмотрения Hmax, введем безразмерный параметр модели C= H0 / Hmax, который по физическому смыслу задачи изменяется в пределах 0 < C < 1. Тогда решение уравнения (1) может быть представлено в виде:

. (2)

Для практического использования данного решения необходимо определить два параметра: r и C. Чтобы вычислить данные параметры, составим систему двух уравнений, записав выражение (2) для N = 1 и N = 2. Найдем:

. (3)

. (4)

По физическому смыслу задачи H0 > H1 > H2 > 0. Исходными данными являются: H0 – начальная глубина колеи; H1 и H2 – глубина колеи при N = 1 и N= 2 соответственно. Экспериментально определяемые путем несложных измерений значения H0, H1 и H2 в интегральной форме учитывают влияние комплекса таких свойств почво-грунта, как льдистость, тиксотропные свойства и т. д.

Тестирование модели показало, что в целях обеспечения адекватности необходимо учитывать пластические свойства почво-грунта, для чего выражение (2) дополняется слагаемым и представляется в виде:

. (5)

Здесь а – параметр модели, по физическому смыслу равный изменению глубины колеи при увеличении числа проходов N на единицу.

Проверка достоверности результатов расчета. Для проверки адекватности модели (2)–(5) сравним результаты вычислений с независимо полученными экспериментальными данными. Алгоритм расчета весьма чувствителен к изменениям исходных данных, поэтому необходима достаточно высокая их точность.

Пример 1. Пусть по результатам измерений определены следующие значения: H0 = 1,7100 см; H1 = 2,2100 см; H2 = 2,6900 см; а = 0,009 см. Тогда по формулам (3) и (4) находим: r = 0, 4939 и С = 0, 4195. Результаты дальнейших вычислений по формуле (5) представлены на рисунке сплошной линией 1. Пунктирная линия представляет результаты вычислений по формуле (2). Кружками указаны экспериментальные данные по работе [18].

Пример 2. Пусть H0 = 1,4000 см; H1 = 1,7000 см; H2 = 1,9840 см; а = 0,008 см. Тогда по формулам (3) и (4) находим: r = 0, 4049 и С = 0, 4700. Результаты дальнейших вычислений по формуле (5) представлены сплошной линией 2 на рисунке. Пунктирная линия представляет результаты вычислений по формуле (2). Объект исследования в примере 2 отличается от объекта исследования по примеру 1 только наличием георешки. Кружками на рисунке указаны экспериментальные данные по работе [18].





Зависимость глубины колеи от числа проходов тележки по опытному участку: 1 – без георешетки; 2 – с георешеткой


Выводы. Показано, что логистическое уравнение может быть использовано при разработке методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом особенностей их свойств в сезонные и межсезонные периоды. Сравнение с экспериментальными данными (см. рисунок) подтверждает, что предлагаемая методика отражает закономерности колееобразования на лесных дорогах. Отличительная особенность методики заключается в том, что глубина колеи рассматривается как параметр, который в интегральной форме учитывает особенности деформирования почво-грунта, вследствие чего расчет не требует большого количества трудноопределяемых исходных данных. Это качество методики может рассматриваться как преимущество. Однако алгоритм расчета в представленном виде весьма чувствителен к изменениям исходных данных.


Список литературы

  1. Абрукова Л. П. Тиксотропные свойства лесных темно-серых почв // Почвоведение. 1972. № 8.

  2. Абрукова Л. П. Изучение тиксотропных свойств почв // http://kebati.ru/soil/soil.htm

  3. Беккер М. Г. Введение в теорию систем «местность – машина». М.: Машиностроение, 1973. 520 с.

  4. Васильев А. П., Яковлев Ю. М., Лугов С. В. Прогнозирование общей глубины колеи и динамика ее развития на нежестких дорожных одеждах // Сборник научных трудов МАДИ – ГТУ. М., 2002. С. 4–13.

  5. Васильев С. Б., Колесников Г. Н. Логистичеcкий подход к моделированию фракционирования сыпучих материалов // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Сер. «Естественные и технические науки». 2010. № 4 (109). С. 61–65.

  6. Вялов С. С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высшая школа, 1979. 448 с.

  7. Горячев М. Г., Расторгуев М. Ю. Оборудование для измерения параметров колеи на автомобильных дорогах // Анализ и пути совершенствования методов строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Сб. науч. тр. М.: МАДИ (ГТУ), 2002. С. 23–28.

  8. Григорьев И. В. Снижение отрицательного воздействия на почву колесных трелевочных тракторов обоснованием режимов их движения и технологического оборудования. СПб.: Изд-во ЛТА, 2006. 236 с.

  9. Григорьев И. В., Жукова А. И., Григорьева О. И., Иванов А. В. Средощадящие технологии разработки лесосек в условиях Северо-Западного региона Российской Федерации. СПб.: Изд-во ЛТА, 2008. 176 с.

  10. Добровольский Г. В., Василевская В. Д., Зейдельман Ф. Р. и др. Факторы и виды деградации почв // Деградация и охрана почв. М., 2002. С. 33–61.

  11. Дорожко А. В., Федоренчик А. С., Протас П. А. Методика лабораторных исследований вязкоупругих свойств порубочных остатков // Леса Европейского региона – устойчивое управление и развитие: Материалы конференции. Ч. 2. Минск, 2002. С. 255–257.

  12. Казарновский В. Д. Оценка сдвигоустойчивости связных грунтов в дорожном строительстве. М.: Транспорт, 1985. – 168 с.

  13. Катаров В. К. Обоснование применимости технологических процессов лесосечных работ по степени воздействия на пути первичного транспорта леса: Автореф. дисс. … канд. техн. наук. Петрозаводск, 2009. 20 с.

  14. Коркин С. Н. Метод оценки конструкции внедорожных автомобилей по величине разрушающего воздействия на грунт:. Автореф. дисс. … канд. техн. наук. М., 2009. 24 с.

  15.  Котиков В. М. Теория и конструкция машин и оборудования отрасли (колесные и гусеничные машины). Т. 1. М.: МГУЛ,  2007. 353 с.

  16. Ксеневич И. П., Скотников В. А., Ляско М. И. Ходовая система – почва – урожай. М.: Машиностороение, 1975. 422 с.

  17. Лугов С. В. Основные положения методики расчета глубины колеи на дорожных одеждах с асфальтобетонным покрытием: Автореф. дисс. … канд. техн. наук. М., 2004. 24 с.

  18. Лыщик П. А., Красковский С. В. Использование георешеток для упрочнения лесных дорог // Междунар. науч.-техн. конф. «Ресурсо- и энергосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные технологии»: Материалы конф. Ч. 2. Минск, 2005. С. 245–247. http://www.kometa.by/Geotest.htm

  19. Матвеенко Л. С. Автомобильные лесовозные дороги: справочник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Экология, 1991. 336 с.

  20. Постан М. Я. Обобщенная логистическая кривая: ее свойства и оценка параметров // Экономика и математические методы. 1993. Т. 29. Вып. 2.

  21. Протас П. А., Завойских Г. И., Макаревич С. С., Федоренчик А. С. Использование отходов лесозаготовок для укрепления волоков – элемент ресурсосберегающей технологии // Леса Европейского региона – устойчивое управление и развитие: Материалы конференции. Ч. 2. Минск, 2002. С. 253–255.

  22. Протас П. А., Федоренчик А. С. Давление движителей трелевочных машин МТЗ на почвогрунты // Труды Белорусского государственного технологического университета. Сер. 2. Лесная и деревообрабатывающая промышленность. 2001. Вып. 9. С. 18–23.

  23. Рудов С. Е. Пути исследования воздействия лесозаготовительных машин на почву при несплошных рубках // «Леса России в XXI веке». Междунар. науч.-практ. интернет-конференция: Материалы конф. СПб: СПбГЛТА, 2009. С. 206–212.

  24. Русанов В. А. Проблемы переуплотнения почв движителями и эффективность их решения. М.: ВИМ, 1998. 360 с.

  25. Слюсаренко В. В., Русинов А. В., Миркин С. Н., Константинов А. И. Способ снижения отрицательного воздействия колесных энергонасыщенных тракторов на почву // Патент РФ № 2137654. B62D61/00. Опубликовано 20.09.1999.

  26. Сюнёв B. C., Давыдков Г. А. Воздействие машин на лесные почвы // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. Петрозаводск: ПетрГУ. № 3. 2001. 77–79.

  27. Сюнёв В. С., Катаров В. К., Герасимов Ю. Ю., Карвинен С. Воздействие лесозаготовительной техники на лесную среду // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник науч. тр. по итогам междунар. науч.-техн. конф. Брянск: Изд-во БГИТА, 2008. Вып. 21. С. 186–188.

  28. Толковый словарь по почвоведению / Под ред. А. А. Роде. М.: Наука, 1975. 290 с.

  29. Цыпук А. М., Родионов А. В. Определение глубины колеи лесных машин // Лесная промышленность. 2004. № 2. С. 21–22.

  30. Цытович Н. А. Механика грунтов. М.: Машстройиздат, 1997. 290 с.

  31. Шапиро В. Я., Григорьев И. В., Жукова А. И. Оценка процессов деформирования почвы при циклическом уплотнении // Известия ВУЗов. Лесной журнал. 2008. № 4. С. 44–51.

  32. Эшби У. Росс. Введение в кибернетику. Перевод с англ. Изд. 3, стереот. 2006. 432 с.

Похожие:

Цель данной работы – совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом их свойств в сезонные и межсезонные периоды. Объект исследования iconРеферат Объект исследования и цель работы. Методы исследования и аппаратура. Теоретические и практические результаты и их новизна. Степень и эффективность внедрения. Область применения
Автоматизация параметрического проектирования гидроцилиндров с учетом условий их эксплуатации
Цель данной работы – совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом их свойств в сезонные и межсезонные периоды. Объект исследования iconУчастие в конференциях, опубликованные тезисы
С., Кученева Е. Е. Совершенствование методики количественной оценки производственно обусловленной заболеваемости на химических предприятиях...
Цель данной работы – совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом их свойств в сезонные и межсезонные периоды. Объект исследования iconЖурнала
Приведены реальные изменения покрова черники в связи с рубками, которые определяются типом леса, характером возобнов- ления древесной...
Цель данной работы – совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом их свойств в сезонные и межсезонные периоды. Объект исследования iconThis word document was downloaded from
Приведены реальные изменения покрова черники в связи с рубками, которые определяются типом леса, характером возобнов- ления древесной...
Цель данной работы – совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом их свойств в сезонные и межсезонные периоды. Объект исследования iconМетодика применения индикаторов, определяющих компьютерную грамотность населения Методика социологического исследования на предмет оценки компьютерной грамотности населения Объект исследования состояние компьютерной грамотности населения
Цель исследования провести анализ состояния компьютерной грамотности выделенных категорий испытуемых по регионам Казахстана
Цель данной работы – совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом их свойств в сезонные и межсезонные периоды. Объект исследования iconИ нулей на жесткость математической модели сау
Цель настоящего исследования заключается в усовершенствовании известной методики оценки жесткости систем обыкновенных дифференциальных...
Цель данной работы – совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом их свойств в сезонные и межсезонные периоды. Объект исследования iconВ ведение 1 историческая справка 2 решение задач с использованием свойств функции
Выше сказанное определяет актуальность курсовой работы. Объект исследования – уравнения и неравенства, не поддающиеся решению с помощью...
Цель данной работы – совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом их свойств в сезонные и межсезонные периоды. Объект исследования iconПрограмма подготовки машинистов лесозаготовительных машин (оператор харвестера, форвардера)
Рабочая программа предназначена для подготовки машинистов лесозаготовительных машин (оператор харвестера, форвардера)
Цель данной работы – совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом их свойств в сезонные и межсезонные периоды. Объект исследования iconСтавятся цель и задачи работы и оговариваются ее структура, а также особенности исследовательской методики автора и построения текста работы
Контрольная и курсовая работы (с учетом всех особенностей и специфики поставленных целей и задач) имеют типовую структуру, которая...
Цель данной работы – совершенствование методики количественной оценки деструктивного воздействия лесозаготовительных машин на лесные почво-грунты с учетом их свойств в сезонные и межсезонные периоды. Объект исследования iconСовершенствование аппаратуры акустического телевизора и разработка методики исследования технического состояния скважин

Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница