Том 19, № 1 (2022)
Статьи
Совершенствование методики программного определения объёма партии круглых лесоматериалов для повышения точности результатов её применения
Аннотация
Проблема повышения точности и автоматизации учёта круглых лесоматериалов по-прежнему стоит достаточно остро. В отечественной и зарубежной практике используются различные ручные поштучные методы измерения объёма, как с учётом, так и без учёта коры. К ним относятся метод концевых сечений, метод серединного сечения, метод усечённого конуса. В то же время всё чаще используются автоматизированные методы, чаще всего секционный. Развиваются и групповые методы определения объёма. В дополнение к ручному штабельному методу в учётной практике используются весовые методы, построение 2-D- и 3-D-моделей на базе фотографической и лазерной съёмки. Однако весьма часто отсутствует нормативное регулирование вопросов учёта лесоматериалов: какой метод и когда применять, какие погрешности измерений допустимы, что делать с расхождениями и т. п. К настоящему времени разработаны пакеты прикладных программ, основанные на машинном зрении, которые позволяют существенно сократить трудоёмкость операций по измерению объёмов круглых лесоматериалов в плотном штабеле или на автолесовозе. В статье показано, что при программном определении объёма хвойных и лиственных лесоматериалов непосредственные оценки завышены по сравнению с контрольными показателями. Распределение относительных отклонений оценок от контрольных значений не подчиняется нормальному закону распределения. В результате анализа выборки партий лиственных лесоматериалов получена регрессионная модель, предназначенная для корректировки программной оценки объёма партии с учётом объёма, среднего диаметра и числа брёвен. Использование данной модели позволяет повысить точность программной оценки по сравнению с контролем. Работа выполнена в рамках деятельности научной школы «Инновационные разработки в области лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства» Арктического государственного агротехнологического университета.
Resources and Technology. 2022;19(1):1-47
1-47
Новые технические решения по снижению негативного воздействия лесопромышленных производств на лесную среду
Аннотация
Помимо наиболее часто рассматриваемых негативных факторов воздействия на природную среду при проведении лесозаготовок, рассматриваются новые аспекты, возникшие с усовершенствованием законодательства. Неполное использование древесных отходов приводит к появлению складов и свалок неиспользованных древесных отходов, в процессе лесозаготовок и в лесных посёлках образуются сопутствующие бытовые отходы, которые также накапливаются в виде свалок, выделяя токсичный фильтрат, газы, продукты распада отходов. Отсутствие контроля на лесных площадках приводит к авариям, утечкам нефтепродуктов при заправках и эксплуатации лесной техники, провоцируя многолетнее точечное воздействие на почву и воду в местах концентрации техники и складов ГСМ. Согласно природоохранному законодательству, лесопользователи несут ответственность за негативное воздействие на окружающую среду перед государством и должны устранять последствия своей деятельности или предотвращать потенциальные экологические риски. Многолетнее использование участка лесосеки приводит к интенсивной эксплуатации лесных дорог, способствуя загрязнению нефтепродуктами водоёмов, через водоохранные зоны. Соответствующие технологические регламенты по снижению выявленных негативных факторов воздействия на окружающую среду в процессе лесозаготовки не установлены. Предлагается использовать все образующиеся на лесозаготовительной площадке отходы для производства почвенного субстрата методом компостирования путём добавления в него органической составляющей, компенсирующей недостаток азота, — органические отходы, осадки сточных вод, азотсодержащие отходы сельского хозяйства. Согласно отчётности в Республике Карелия (2ТП-Отход) за три года, 92 % отходов составляет кора древесная, щепа — 4 %, горбыль — 2 %, остальные отходы — менее 1 %. В целом установлено, что 32 % древесных отходов лесных предприятий не используется. При эффективном межведомственном взаимодействии данные виды отходов могут быть переработаны в полезный продукт, что снизит объёмы захораниваемых отходов на уровне региона. В местах утечек нефтепродуктов предлагается организовать сбор поверхностного стока, смывающего загрязнения с поверхности площадок, и его последующую очистку на локальных системах очистки, в которых в качестве очистного агента выступают комбинированные природные сорбционные материалы, сформированные из продуктов лесозаготовок. Основными факторами, влияющими на устройства систем очистки на лесных площадках и дорогах в условиях Северо-Запада РФ являются: наличие заболоченных и водонасыщенных лесных территорий, отсутствие электроснабжения, невозможность заглублять сооружения, необходимость установки пескоулавливающего устройства. Установлено, что в условиях Северо-Запада РФ производительность сооружений должна обеспечивать приём стоков с расходом 0,3—3,0 л/с.
Resources and Technology. 2022;19(1):48-71
48-71
Математическая модель рабочих процессов бесчокерного трелевочного захвата с энергосберегающим гидроприводом
Аннотация
При рубках ухода за лесом в лесостепной зоне России нередко применяются бесчокерные трелёвочные устройства в агрегате с колёсными сельскохозяйственными тракторами. При этом во время движения трактора с вышеозначенным агрегатом по неровностям рельефа на вырубках зачастую возникают негативные колебания, которые вызывают скачки рабочей жидкости в гидросистеме, и общие высокие динамические нагрузки, снижающие, в свою очередь, надёжность как технологического оборудования, так и тягового агрегата. Одним из вариантов снижения динамических нагрузок и энергозатрат является применение энергосберегающего (рекуперативного) гидравлического привода с гидроаккумулятором. Целью исследования является разработка нового бесчокерного трелёвочного захвата и математической модели, учитывающей внешние и внутренние силы, действующие на трелюемую пачку древесины, а также параметров энергосберегающего гидропривода, позволяющего обеспечить снижение динамической нагруженности и энергоёмкости рабочих процессов. Авторами статьи предложена новая конструктивно-технологическая схема бесчокерного трелёвочного захвата с энергосберегающим гидроприводом, защищённая патентом Российской Федерации на изобретение. Представлена математическая модель, учитывающая не только внешние и внутренние силы, действующие на трелюемую пачку древесины, но также и параметры энергосберегающего гидравлического привода. Рассмотрены рабочие процессы захвата вместе с пачкой древесины при переходных режимах разгона и торможения, которые описаны уравнением движения поршня гидроцилиндра рекуперации и уравнением расхода рабочей жидкости гидроцилиндра рекуперации с учётом перетечек в гидроаккумулятор при давлении выше предварительной зарядки. Рассмотрена задача Коши для нелинейной системы дифференциальных уравнений движения трелёвочного захвата с энергосберегающим гидроприводом. Получены теоретические временные зависимости давления рабочей жидкости и хода штока гидроцилиндра рекуперации, адекватность которых подтверждены результатами экспериментальных исследований на действующем лабораторном стенде бесчокерного захвата с энергосберегающим гидроприводом, со следующими проектными параметрами: давление предварительной зарядки гидроаккумулятора 5 МПа; рабочий объём гидроаккумулятора 0,005 м3; диаметр поршня гидроцилиндра 0,1 м; диаметр штока гидроцилиндра 0,04 м. Установлено, что система рекуперации энергии трелёвочного захвата снижает всплески давления рабочей жидкости при переходных процессах в 1,4—1,7 раза и позволяет запасать мощность в пределах 1,7—2,1 кВт.
Resources and Technology. 2022;19(1):72-86
72-86
Мультифункциональное лесное хозяйство или заготовка древесины?
Аннотация
Для удовлетворения быстрорастущего спроса на многочисленные экосистемные услуги лесов (ЛЭУ) и для сохранения биоразнообразия необходимо сменить традиционный курс лесного хозяйства России, нацеленный, преимущественно, на заготовку древесины, на мультифункциональный подход, который учитывает критерии не только экономической, но и социальной и экологической устойчивости. Цель данного исследования – оценка важности лесов для людей, ответственности за их состояние и понимания концепции мультифункционального лесного хозяйства. В работе использовался метод количественного исследования с помощью социологического опроса ста пятидесяти трех человек. Результаты показали, что наиболее значимыми для респондентов являются регулирующие и поддерживающие ЛЭУ, культурные услуги занимают промежуточную позицию, наименее ценные – обеспечивающие ЛЭУ. Респонденты считают, что оказывают незначительное влияние на леса, но вместе с тем чувствуют значительную ответственность за их состояние. Сочетание высокого уровня ответственности за леса и уверенности в незначительном индивидуальном влиянии на них может служить показателем дистанцирования от участия в решении экологических проблем. Происходит путаница между пониманием и реальным отображением, закрепленного в лесном законодательстве России понятия многоцелевого лесопользования. В понятие многоцелевого лесопользования большинство вкладывает смысл мультифункционального лесного хозяйства, подразумевая получение выгод от обеспечивающих, регулирующих, культурных и поддерживающих ЛЭУ. Обеспечение древесиной названо услугой, которая находится в конфликте с недревесными продуктами, рекреацией, депонированием углерода, обеспечением среды обитания биоты, в то же время эти услуги отрицательно влияют на заготовку древесины. Обеспечение древесиной также оказалась наиболее активной (влияющей на другие ЛЭУ) и в то же время наиболее пассивной (не испытывающей влияния других ЛЭУ) услугой. Наименее активной и вместе с тем наименее пассивной ЛЭУ оказалось обеспечение недревесными продуктами. Подавляющее большинство опрошенных считают, что действующий Лесной кодекс РФ не обеспечивает баланс между ЛЭУ.
Resources and Technology. 2022;19(1):87-113
87-113
Нечеткое моделирование процесса естественной рекультивации нарушенных земель
Аннотация
В данной статье рассмотрена проблема рекультивации нарушенных земель. Поскольку на сегодняшний день не выработан подход даже на методологическом уровне, то должна решаться первоначальная задача — как определить тот период времени, который необходим для естественного восстановления земель. Только после решения этой задачи появится возможность оценить эффективность вообще каких-либо агротехнических мероприятий по восстановлению в сравнении с естественным процессом. Объект настоящих исследований — фонд нарушенных земель по Свердловской области, которые попали под техногенные воздействия от горнодобывающей промышленности.
Все параметры такого объекта характеризуются условиями неопределённости данных, поэтому главная идея работы заключалась в использовании нечёткой логики, вначале для описания основных параметров, влияющих на процесс восстановления, а затем получения функциональной зависимости выходного параметра — периода времени восстановления от этих исходных параметров. Таким образом, была определена цель исследований — разработка нечёткой модели процесса естественной рекультивации нарушенных земель.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: 1) выполнение экспериментальных исследований состояния нарушенных земель конкретного региона; 2) разработка постановки задачи в содержательном виде; 3) обоснование нечётких функций принадлежности задачи; 4) разработка базы правил нечёткой продукции; 5) нечёткий вывод и получение результирующей функции; 6) программная реализация задачи. Результатами исследований явилась программно-реализованная в среде Scilab функциональная зависимость периода времени восстановления нарушенных земель от типа почвы, её параметров и типа растительности. Результаты предназначены для проектирования агротехнических, нормативных и других мероприятий по восстановлению нарушенных земель.
Resources and Technology. 2022;19(1):114-128
114-128
Исследование устойчивости массива оттаивающего почвогрунта при его динамическом взаимодействии с колёсной лесной машиной на склонах
Аннотация
В Российской Федерации значительная часть территории лесного фонда расположена на вечной мерзлоте. К таким территориям относятся: Республика Саха (Якутия), Республика Коми, Магаданская область, Ямало-Ненецкий автономный округ, Чукотский автономный округ, Мурманская область, значительные территории Сибири и Дальнего Востока. Многие перечисленные регионы обладают большими запасами спелых и перестойных эксплуатационных лесов, причём значительная часть этих запасов расположена в труднодоступных местах, не только по отношению к развитости дорожной сети, но и рельефу местности. В настоящее время подавляющий объём заготовок древесины в России производится при помощи современных машинных комплексов, в основном включающих колёсные лесные машины различной компоновки и назначения (харвестеры, форвардеры, скиддеры и т. д.). При помощи специальных технических решений, таких как интегрированные в трансмиссию лебедки, или самоходные лебедки (T-winch, ROB), эти машины с успехом могут эксплуатироваться и на достаточно крутых склонах. При этом проблема негативного воздействия колёсных лесных машин и трелёвочных систем на их базе не просто остаётся актуальной, а приобретает ещё бóльшую остроту, поскольку экосистемы горных лесов, лесов на склонах сопок и т. д. относятся к наиболее ранимым, подверженным водной и ветровой эрозии. В статье представлена разработанная математическая модель динамического взаимодействия колёсной лесной машины (трелёвочной системы) с почвогрунтом на склонах, которая позволяет на стадии проектных (подготовительных) работ, при наличии достоверных данных о гидрогеологии массива оттаивающего почвогрунта адекватно оценивать устойчивость и работоспособность волока. Работа выполнена в рамках научной школы «Инновационные разработки в области лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства» Арктического государственного агротехнологического университета. Исследование выполнено на средства гранта Российского научного фонда № 22-26-00009, https://rscf.ru/project/22-26-00009/.
Resources and Technology. 2022;19(1):129-148
129-148