CC BY
38
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
движении ГЛЗМ на I, III и V передачах с разными по массе нагрузками. Так, ГЛЗМ ЛЗ-5 загружался бетонными блоками массой 3000, 4000 и 7000 кг, а ГЛЗМ ЛЗ-4 3000, 4200, 6550, 7200 и 7800 кг. Бетонные блоки устанавливались на ГЛЗМ и жестко фиксировались. Результаты опытов приведены в виде графиков.
Так как нормальные давления под отдельными катками движителей ГЛЗМ на лесной грунт отличаются по величине и непостоянны по времени движения, то и длины их ОАУ различны (рис. 1 а, б). Опыты показали, что с изменением массы транспортируемых блоков от 0 до 7000 кг на ГЛЗМ разброс длин ОАУ движителя составил 4,8 % при матожи-дании длины ОАУ движителя ЛЗ-5 0,47 м ±
5,2 %.
На рис. 1,б представлены графики, иллюстрирующие влияние режимов нагружен-ня ГЛЗМ ЛЗ-4 па длину ОАУ движителя. Из графиков следует, что при движении ГЛЗМ ЛЗ-4 с блоком 4200 кг разброс длин ОАУ под катками движителя минимален (матожи-дание длины равно 0,45 м), а с блоком 7200 кг - максимален. Небольшие значения длин ОАУ под первым катком по сравнению с ЛЗ-5 объясняются конструктивным изменением положения балансира передней каретки. При этом первый каток воспринимает вертикальную нагрузку до 12 кН, а второй - в два раза большую. Вследствие такой разности в нагружении первого и второго катков их длины
ОАУ отличаются на 13 17 %. Для II V катков матожидание их длин ОАУ при нагружении ГЛЗМ ЛЗ-4 блоками массой от 0 до 6650 кг составляет 0,48 + 6,4 %.
Выводы
1. Матожидание сумм длин ОАУ движителем ГЛЗМ ЛЗ-5 и ЛЗ-4 от расчетной длины опорной части движителей соответственно составляет 88 % и 85,2 % при показателе точности проведения опытов 3,9 %.
2. Анализ результатов проведенных исследований показал, что при моделировании процесса взаимодействия движителя лесных машин (на базе ГЛЗМ ЛЗ-4) с лесными грунтами длину ОАУ под катком движителя можно принять равной 0,48 м.
Библиографический список
1. Клубничкин, В.Е. Совершенствование расчетных моделей нагруженности трансмиссий гусеничных лесозаготовительных машин в зависимости от внешних условий движения: дисс. канд. техн. наук / В.Е. Клубничкин. - М.: МГУЛ, 2012.
2. Клубничкин, Е.Е. Повышение долговечности ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины: дисс. ... канд. техн. наук / Е.Е. Клубничкин. - М.: МГУЛ, 2008.
3. Егоров, Л.И. Пути совершенствования лесопромышленных тракторов / Л.И. Егоров. // Лесоэксплуатация и лесосплав: Науч.-техн. рефер. - ВНИ-ПИЭИлес, 1982. - Вып. 3. - С. 13.
4. ГОСТ 23734-79. Тракторы промышленные. Методы испытаний. - Июль, 1979.- 31 с.
МОДЕЛЬ ОПТИМАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ СЕТИ ЛЕСНЫХ ДОРОГ
в лесосырьевом массиве
В.В. НИКИТИН, проф. каф. транспорта леса МГУЛ, канд. техн. наук, И.С. НОВОСЕЛОВ, асп. каф. транспорта леса МГУЛ
Среди задач начертания оптимальной дорожной сети в лесных массивах, решению которой посвящено значительное число исследований [1, 2], важное место занимает задача динамического поэтапного развития лесодорожной сети, ранее не привлекавшая пристального внимания. Между тем лесозаготовительные предприятия осваивают лесные фонды поэтапно, параллельно наращивая до-
nick@mgul.ac.ru, igor.novoselov@gmail.com рожную сеть в лесных массивах. Сегодня данную задачу следует решать на базе нового инструментария, а именно геоинформационных систем (ГИС). Поиск оптимальной стратегии развития сети лесных автодорог целесообразно решать на основе геопространственного анализа и товарной оценки структуры лесных насаждений с помощью стоимостной растровой карты, реализованной в ГИС. Успешное
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2013
121
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
Таблица 1
Основные факторы, влияющие на расположение сети лесных дорог
Фактор Условное обозначение Вес ячейки, в долях
Товарно-качественная характеристика лесных насаждений Сн X
Динамика изменения товарно-качественной характеристики лесных насаждений Ди Х2
Почвенно-грунтовый П X3
Рельеф Р X4
Социально-бытовой С.Б. X
Категория местности К Хб
решение этой задачи позволит поэтапно развивать иерархическую сеть лесных автодорог на лесных участках, которая будет основываться на принципах рационального неистощительного лесопользования.
Цель рационального динамического развития сети лесотранспортных путей с помощью геопространственного анализа состоит в поиске оптимального варианта структуры сети лесных дорог в лесном массиве, который бы обеспечивал минимальные затраты на строительство, эксплуатацию дорог и вывозку древесины в расчетный период времени. Эффективным инструментом для оценки проектируемых вариантов может служить сетка затрат, ячейки которой отражают затраты, необходимые для создания лесной транспортной инфраструктуры в районе проектирования. Затраты зависят от влияющих факторов, которые оказывают существенное влияние на формирование и структуру лесотранспортной сети. Основные влияющие факторы представлены в табл. 1.
Принципиальный подход предлагаемой методологии определения рациональной конфигурации лесотранспортных путей в лесосырьевом массиве основан на поиске аналитических зависимостей веса влияния каждого фактора на нахождение оптимального размещения лесных дорог. Каждый влияющий фактор имеет конкретный вес влияния, характерный для данного района проектирования (рис 1).
На рис. 1 представлен пример оценки товарно-качественной характеристики лесных насаждений на стоимостной растровой карте, каждая ячейка которой имеет вес. Нахождение оптимальной структуры расположения сети дорог состоит в поиске совокупности ячеек,
которые обеспечивают в сумме минимальное значение, т.е. совокупность веса всех факторов должна соответствовать минимальным затратам на создание сети лесных автодорог Y = X + X + X + X + X + Xft ^min.
Принципиальный подход к решению данной задачи состоит из трех этапов.
Первый этап - оценка товарно-качественного состава лесных насаждений и оценка их удаленности от существующих путей транспорта. Суть этапа заключается в первичной стоимостной оценке имеющейся лесоресурсной базы, на основе которой формируется первый вариант размещения лесотранспортных путей: грузосборочной магистральной лесной автодороги, ветки и усов. Стоимостная оценка товарно-качественного состава лесных насаждений на повыделенном уровне производится по следующим показателям: порода, класс возраста, запас деловой древесины (по классам крупности). Удаленность лесных насаждений оценивается от ближайшего погрузочного пункта до геометрического центра выдела. Далее производится выборка ячеек, которые характеризуют наибольшую ценность для освоения: наибольший запас деловой крупномерной древесины, подходящий класс возраста, минимальная удаленность от существующих путей транспорта. Затраты оцениваются с помощью сетки затрат с ячейкой размером 30 х 30 м. Затем проектируется первый вариант расположения сети лесных дорог на весь срок освоения лесосырьевого участка. При этом в первую очередь проектируется лесоэкономическая ось, которая делит области ячеек с наибольшей ценностью поровну. Далее проектируется остальные элементы сети лесных дорог: ветки и усы. При
122
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2013
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
Таблица 2
Основные выходные показатели, характеризующие конфигурацию данной дорожной сети
Показатель Условное обозначение Единицы измерения
Объем строительства магистралей за срок аренды Lc Км
Среднее расстояние между ветками Ke Км
Плотность веток Pe км/1000 га
Стоимость строительства дорог за срок аренды Sc тыс. руб.
Удельные затраты на вывозку древесины Sc руб./м3
проектировании должны соблюдаться следующие условия:
а) лесные дороги не проектируются в пределах зоны тяготения уже существующей лесодорожной сети к лесным насаждениям, которые уже достигли оптимального для заготовки класса возраста;
б) во второй и последующие годы выбираются наиболее удаленные лесные кварталы с наибольшим запасом деловой древесины и достигшие оптимального возраста спелости;
в) проектируемая дорога должна учитывать последующее примыкание лесосек в пределах зоны ее влияния;
г) зоны тяготения лесных насаждений к автодорогам не должны пересекаться;
д) при увеличении грузонапряженности лесной дороги предполагает переход в более высокую категорию, увеличивается зона тяготения к ней лесного массива (рис. 3) [5];
е) освоенность лесных массивов к концу срока аренды должна составлять 100 %,
т.е. в пределах зоны влияния дорожной сети (территория, прилегающая к лесной дороге, к которой возможна трелевка древесины трелевочным трактором).
По полученному первому варианту конфигурации лесодорожной сети определяем грузонапряженность всех ее элементов, согласно календарному графику освоения лесного массива по схеме, представленной на рис.3.
Исходя из известного грузооборота дороги, с помощью математической модели определяем основные выходные показатели, характеризующие конфигурацию данной дорожной сети.
Второй этап - учет влияющих факторов на структуру лесотранспортной сети. Первостепенной оценкой является анализ динамики изменения запасов лесных насажде-
ний по товарно-качественным показателям. С учетом изменения динамики корректируется расположение лесоэкономической оси и всех составляющих элементов дорожной инфраструктуры. По таблицам и моделям хода роста лесонасаждений, определенных в первоначальной конфигурации сети, рассчитывается изменение эксплуатационных запасов на выделе в зависимости от класса возраста.
В качестве второго фактора принимаются почвенно-грунтовые условия района проектирования. За основу берется классификация А.Н. Погребняка, в которой плодородие почвы меняется от A до D, а влажность от 1 до 5, и вместе эти факторы составляют 20 комбинаций [4]. Для удобства оценки затрат на дорожное строительство почвенная классификация упрощается до 3 классов. Первый класс включает сухие и бедные песчаные почвы, которые предполагают простое и дешевое дорожное строительство. Второй класс состоит из влажных почв, обычно глинистых грунтов, которые сложны для строительства дорог. Третий класс включает влажные почвы, обычно торфяные и мокрые глинистые грунты, строительство дорог на которых имеет высокие капитальные затраты [5].
В качестве третьего влияющего фактора на конфигурацию сети автодорог выбран рельеф местности. Ячейкам, которые попадают на труднопроходимые участки (высокий склон, реки, болота и т.д.), присваивается максимальный вес.
Четвертый фактор - социально-бытовой. Фактор играет важную роль, так как объекты лесной транспортной инфраструктуры могут играть важную роль при передвижении людей из населенных пунктов. Вес влияния этого фактора может быть задан в пределах от 0 до 10 и выбирается индивидуально в
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 2/2013
123
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
2 1 4 < 4 1
2 2 ■ 5 5 1
7 2 1 5 5 1
1 2 4 1 2 1
3 3 3 1 2 1
1 1 3 ■1 3
И
Зона со значением I Зона со значением 2 Зона со значением 3 Зона со значеннем 4 Зона со значением S Нет данных
Рис. 1. Ячейки с присвоенным весом влияния по факторам
Рис. 2. Схема сложение веса влияния факторов
Рис. 3. Установление категории лесной автодороги в зависимости от грузооборота
Рис. 4. Учет рельефа при определении конфигурации сети как влияющего фактора
Рис. 5. Выбор направления лесной автодороги, которая пролегает по ячейкам с минимальным весом
124
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2013
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
2) удельные затраты на вывозку древесины, и содержание дорог, руб./ м3 ОДП2 - основные дорожные показатели:
1) протяженность грузосборочной лесной магистрали, км;
2) протяженность веток и усов, км; среднее расстояние между ветками, км;
Рис. 6. Принципиальная блок-схема математической модели оптимального развития сети лесных дорог в лесосырьевом массиве
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2013
125
