CC BY
1УДК 630.839; 674.8
О. Н. Галактионов,
кандидат технических наук, доцент М. А. Пискунов,
кандидат технических наук, доцент П. В. Безлатный, аспирант
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛЕСОСЕЧНЫХ ОТХОДОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ТРЕЛЕВОЧНЫХ ВОЛОКОВ
Актуальность проблемы. Одним из перспективных путей использования лесосечных отходов является их применение в качестве естественного строительного материала при обустройстве трелевочных волоков. Использование лесосечных отходов на укреплении волоков позволяет при небольших затратах увеличить проходимость лесных машин, что в целом повысит эффективность первичного транспорта леса.
Для снижения трудозатрат при строительстве волоков необходимо определить минимальную концентрацию лесосечных отходов на волоке, обеспечивающую работы лесных машин. Решить эту задачу можно, установив характер взаимодействия хворостяной подушки и грунта [1; 2].
Методика исследования нацелена на оценку величины снижения деформации и напряжений грунта при движении лесозаготовительной машины по волоку с различной концентрацией отходов лесозаготовок [4].
Для исследования выбраны первый и третий тип категории грунтов. Аппаратура включала ударник ДорНИИ, мерные элементы, тензодатчики, усилитель и аналого-цифровой преобразователь, специализированное и общее программное обеспечение [5].
Для исключения контакта датчика, движителя машин и хворостяной подушки определена глубина заложения датчиков. Оптимальной является глубина в 14-16 см (рис. 1). Похожая рекомендация дана в работе [6].
Исследования проводились в 3 этапа:
1. Влияние ориентации отходов лесозаготовок в грунтовом канале;
2. Оценка верхней границы концентрации отходов лесозаготовок.
Рис. 1. Результаты заложения пробных элементов
3. Оценка состояния грунта под движителями машин в связи с концентрацией отходов лесозаготовок.
Первый этап. В почвенный канал укладываются мерные элементы. Нагружаем грунт до рабочих давлений. Фиксируем величину деформации. Формируем слои: вдоль оси волока, перпендикулярно оси и вдоль оси.
Второй этап. Схема эксперимента та же, исследование проведено в естественном грунте. Фиксировали перемещение мерного элемента, связанного с толщей грунта.
Третий этап. Отходы лесозаготовок с концентрацией от 0,003 до 0,02 м3/м2, укладывались на волок. Концентрация по длине волока нарастала. Тензодатчики заложены на глубине 150 мм. Ориентации не проводилось.
Обработка результатов. Проведено статистическое исследование -определена достоверность, средние значения и дисперсия, принадлежность к нормальному распределению. Обработка велась средствами Excel.
Результаты. Распределение величины деформации (рис. 2) дает представление об изменении ее характера по величине и спектру значений при укреплении волоков отходами лесозаготовок. При чистом грунте меньше вероятность появления средних значений (линия 1 на рис. 2, величины деформаций нормированы). При использовании одного слоя отходов лесозаготовок вероятность появления средних значений повышается с уменьшением доли высоких значений деформации (линия 2 на рис. 2). При использовании двух слоев с ориентаций вдоль и поперек средние значения уменьшаются, а их доля возрастает, максимальные значения первого и второго случая не достигаются (линия 3 на рис. 2)
График изменения деформаций в грунте и на поверхности в лабораторных условиях приведен на рис. 3.
Рис. 2. Распределение деформации грунта при изменении ориентации хворостяной подушки (лабораторные условия)
{ SHAPE \* MERGEFORMAT }
Рис. 3. Деформация в зависимости от нагрузки и расположения отходов лесозаготовок (лабораторные условия)
Разница в результатах объясняется вдавливанием элементов отходов лесозаготовок в грунт (рис. 3, а), а при изменении деформации в толще грунта нагрузка распространяется в стороны, и нагрузки на отдельный элемент (рис. 3, б) усредняются.
Таким образом, показана принципиальная эффективность ориентированного расположения отходов лесозаготовок на волоках.
Второй этап - полевые исследования, показал аналогичные результаты.
Анализ поведения нагруженного грунта в зависимости от ориентации, показал улучшение состояния грунта (рис. 4). Снижение деформации грунта составило 2,79; 3,85 и 3,86 раза по сравнению с незащищенным (рис. 4, линия 1) грунтом (в среднем 3,5 раза). Величины деформации грунта при движении машины по слою отходов достигают значений, соответствующих движению по чистому грунту, позже (рис. 4, линии 3 и 4), кроме расположения слоя отходов вдоль оси волока, когда происходит превышение значений для незащищенного грунта (рис. 4, линия 2).
{ SHAPE \* MERGEFORMAT }
Рис. 4. Деформация грунта в зависимости от ориентации отходов лесозаготовок (полевые условия)
В целом данные первого и второго этапов соответствуют друг другу.
Третий этап нацелен на определение концентрации отходов лесозаготовок, необходимой для поддержания волока в состоянии, обеспечивающем сохранение производительности лесных машин.
Результаты исследования деформаций в грунте в процессе движения гусеничного и колесного тракторов приведены на рис. 5. «Ступени» на { SHAPE \* MERGEFORMAT }
{ SHAPE \* MERGEFORMAT }
Рис. 5. Деформация грунта и концентрация отходов лесозаготовок а - гусеничный трактор; б - колесный трактор;
1 - без укрепления; 2 - 0,025 м3/м2; 3 - 0,05 м3/м2; 4 - 0,075 м3/м2
графиках соответствуют увеличению концентрации отходов лесозаготовок на волоке (0,025 м3/м2).
Величина снижения деформации составила 1,25; 3,79 и 5,82 раза, в среднем 3,62 раза, что соответствует второму этапу.
После 10 проходов лесной машины по укрепленному волоку отмечено образование конгломерата грунт-лесосечные отходы [3].
Результаты третьего этапа показали что минимальный уровень концентрации отходов лесозаготовок на волоке составляет 0,023 м3/м2 для колесных, и 0,012 м3/м2 для гусеничных машин, что обеспечит поддержание производительности технологического процесса.
На основании полученных результатов определено, что при задании граничного условия в виде сохранения несущей способности волока на уровне, обеспечивающем выполнение сменного задания, для второго и третьего типа грунтов, требуется все отходы лесозаготовок имеющиеся на лесосеке, направлять на строительство волоков (таблица). Таким образом, использование отходов лесозаготовок в других направлениях исключено.
Объем лесосечных отходов для обустройства волока, м3/м2
Гусеничные машины Колесные машины
Тип местности Грунт доля возврата несущей способности
0,8 0,6 0,4 0,8 0,6 0,4
1-й, влажность Песок 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,06
менее 0,75 Супесь 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,06
Суглинок 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,07
Глина 0,05 0,07 0,11 0,02 0,02 0,04
Торф 0,04 0,05 0,08 -0,12 -0,15 -0,23
2-й, влажность Песок 0,04 0,05 0,08 0,05 0,07 0,10
от 0,75 до 0,9 Супесь 0,04 0,05 0,08 0,05 0,07 0,10
Суглинок 0,05 0,06 0,09 0,05 0,07 0,11
Глина -0,08 -0,11 -0,16 -0,56 -0,75 -1,12
Торф -0,40 -0,53 -0,79 -1,61 -2,14 -3,22
3-й, влажность Песок 0,04 0,05 0,08 0,05 0,07 0,11
более 0,9 Супесь 0,04 0,05 0,08 0,05 0,07 0,11
Суглинок 0,05 0,06 0,10 0,05 0,07 0,10
Глина -0,11 -0,15 -0,23 -0,68 -0,90 -1,35
Торф -0,49 -0,65 -0,98 -1,89 -2,52 -3,77
В менее сложных условиях для строительства волоков используют часть отходов лесозаготовок или частичное укрепление низин, торфяников. Другое решение - направить все отходы лесозаготовок на утилизацию, при малой доле слабых мест, в зимний период, на сухих или хорошо дренированных лесосеках, высокой проходимости машин.
Выводы и рекомендации
1. Полевые исследования показали, что при укладке лесосечных отходов параллельно, перпендикулярно и внахлест уменьшение значений линейных перемещений составит соответственно 2,79, 3,85 и 3,86 раза.
2. Исследованиями установлено, что расположение отходов лесозаготовок ориентированными слоями более двух не приводит к радикальному увеличению несущей способности волок - 1,19 раза.
3. На лесосеках с глинистыми и торфянистыми грунтами возможно только частичное восстановление несущей способности волока.
4. Минимальный объем отходов лесозаготовок вызывающий существенное увеличение несущей способности волока - 0,02 м3/м2.
Библиографический список
1. Михайлов, Г. М. Пути улучшения использования вторичного древесного сырья [Текст] / Г. М. Михайлов, Н. А. Серов. - М.: Лесн. пром-сть, 1989. - 223 с.
2. Головков, С. И. Энергетическое использование древесных отходов [Текст] / С. И. Головков, И. Ф. Коперин, В. И. Найденов. - М.: Лесн. пром-сть, 1987. -220 с.
3. Анисимов, Г. М. Основы минимизации уплотнения почвы трелевочными системами [Текст]: научное изд-е / Г. М. Анисимов, Б. М. Большаков. - СПб.: ЛТА, 1998. - 108 с.
4. Маслов, Н. Н. Основы инженерной геологий и механики грунтов [Текст]: учебник для вузов / Н. Н. Маслов - М.: Высш. школа, 1982. - 511 с.
5. Галактионов, О. Н. Теоретические и экспериментальные исследования направлений промышленного освоения отходов лесозаготовок [Текст] / О. Н. Галактионов, А. В. Кузнецов // Проблемы лесопромышленных регионов: материалы Всерос. науч.-практ. конф. - М.: ИПиИ, 2002. - С. 21-22.
6. Ansorge, D., Godwin, R. J. The effect of tyres and a rubber track at high axle loads on soil compaction, Part 1: Single axle-studies. Biosystems Engineering, 98(1),115-126, 2007, doi:10.1016/j.biosystemseng.2007.06. Режим доступа: -https://dspace.lib.cranfield.ac.Uk/bitstream/1826/2485/1/Effect%20of%20Tyres%20and %20a%20Rubber%20Track-2008.pdf.
Работа посвящена экспериментальному исследованию влияния концентрации отходов лесозаготовок на волоке на его несущую способность. Установлено, что ориентированное расположение элементов отходов лесозаготовок дает наибольший эффект при поперечном расположении или при комбинации поперечного и продольного слоев - 2,79 и 3,85 раза. Дальнейшие слои не вызывают существенного снижения нагрузок на грунт - 1,2 раза. Определена минимальная концентрация отходов лесозаготовок, обеспечивающая эффективное укрепление волоков -0,023 м3/м2 для колесных и 0,012 м3/м2 для гусеничных машин. На лесосеках с тяжелыми грунтовыми условиями исходная проходимость машин не восстанавливается. Результаты исследования позволят определить объем отходов лесозаготовок, доступный для промышленной переработки.
* * *
Work is devoted to an experimental research of logging residual concentration influence on trail road on its carrying ability. It is established that the focused arrangement of logging residual gives the greatest effect at a cross-section arrangement or at a combination of cross-section and longitudinal layers - 2,79 and 3,85 times. The further layers do not cause essential decrease in loadings on a ground - 1,2 times. The minimal concentration of logging residual providing effective strengthening trail road - 0,023 m3/m2 for wheel and 0,012 m3/m2 for caterpillar machines is determined. On logging area with heavy earth conditions initial passable ness of machines is not restored. Results of research will allow to define logging residual volume accessible to industrial processing.
Файл: галактионов
Каталог: C:\Documents and Settings\User\Мои документы\выпуски\185\ворды-185
Шаблон: C:\Documents and Settings\user.LAUTNER\Application
Data\Microsoft\Шаблоны\Normal.dot
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки: Дата создания: Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати: При последней печати страниц: слов: знаков:
Х
Лена
01.11.2010 17:12:00 2
01.11.2010 17:12:00 user 3 мин. 02.11.2010 12:02:00
6
1 625 (прибл.) 9 268 (прибл.)
