CC BY
16
УДК630.3.001.12/18 Доц. О.А. Стирашвський, канд. техн. наук;
магктрант Ю. О. Стирашвський - НЛТУ Украти, м. Rbeie
ПОКАЗНИКИ ЕКОЛОГ1ЧНО1 СПРИЙНЯТЛИВОСТ1 ТРЕЛЮВАННЯ ДЕРЕВИНИ
За наземного способу транспортування деревини неможливо повнютю уникну-ти пошкоджень довкiлля. Наведено порiвняльний аналiз наявних пiдходiв до класи-фшацп грунтових умов, обгрунтовано комплексний критерш екодопчио" сумiсностi рушiя люово" машини i3 опорною поверхнею i визначено його кшьюсш параметри.
Assoc. prof. O.A. Styranivskyy; undergraduate Yu.O. Styranivskyy-
NUFWTof Ukraine, L'viv
Indexes of ecological receptivity of wood skidding
It is impossible fully to avoid the damages of environment using the ground (cheapest) method of wood skidding. In the article is presented a comparative analysis of existent approaches to classification of ground conditions, is substantiated a complex criterion of ecological compatibility of forest machine mover with a ground surface and are determined its quantitative parameters.
Вступ
Починаючи i3 80-х роюв в Сврош, а останшм часом i в Укрш'ш запо-чатковано ефективне використання харвестерноi лiсозаготiвельноi технологи. Передбачеш щею технолопею важк лiсовi машини спричиняють значш пошкодження люового середовища. Часами на вологих i перезволожених суглинках чи глинах трелювання деревини призводить до незворотних негатив-них процеЫв або зовЫм неможливе з-за низьких витримувальноi здатност грунту i коефiцiента зчеплення рушiя лiсовоi машини iз опорною поверхнею (рис. 1). Конструктори лiсових машин, реагуючи на потреби люового госпо-дарства, постiйно вдосконалюють ix, запроваджуючи новi технiчнi рiшення. Але цшком зрозумiло, що за наземного (найдешевшого) способу транспортування деревини навггь найдосконалiшими машинами неможливо повнiстю уникнути пошкодження довкшля. Хоча ступiнь негативного впливу на грун-тову поверхню можна звести до еколопчно прийнятно" межi, а теxнiчнi по-казники використання люотранспортних засобiв - до економiчно доцiльниx значень шляхом належно" оцiнки iнтенсивностi екологiчного ризику прий-няття певних теxнiчниx i технолопчних рiшень [1]. Iнформацiйне планування люозаго^вельних операцiй потребуе вивчення процесу взаемоди рушiя люо-во" машини з грунтом, класифшаци мiсцевостi i встановлення граничних значень пошкодження опорно" поверхш. З одного боку таю граничш значення повинш вiдображати межу прохщност лiсовиx машин, а з шшого - еколопч-но сприйнятливий стушнь пошкодження грунту, за якого можливе подальше ефективне лiсовiдновлення.
Головна мета класифжаци мiсцевостi полягае в роздшенш люоексплу-атацiйниx масивiв на групи, як мають одинаковi або подiбнi природнi умови з позици здiйснення лiсозаготiвельниx операцiй. Численнi спроби класифжа-цii мiсцевостi для лiсозаготiвлi базуються га трьох головних класифжацшних ознаках:
2. Екологiя довкiлля
83
• ухил мiсцевостi;
• нерiвнiсть поверхнi;
• витримувальна здатнiсть грунту.
Рис. 1. Втрата можливостiруху колюного трелювального трактора
(фото О. Стирашвський)
1. Мета дослщження
Вщповщно до визначених класифжацшних ознак мають бути обгрун-товаш 1х граничш значення 1 рекомендован економ1чно доцшьш та еколопч-но прийнятш типи люових машин для кожно! групи люоексплуатацшних ма-сив1в.
Метою ц1е! роботи е анал1з наявних класифшацш мюцевост за витри-мувальною здатшстю грунту 1 обгрунтування граничних (допускних) значень пошкодження опорно! поверхш шд час здшснення трелювальних робгг.
2. Анал1з наявних п1дход1в
В1дом1 класифшаци грунтових умов виконувалися головно для по-дальшого моделювання у системах рушш (колесо, гусениця)-грунт, машина-опорна поверхня 1 транспорт-довкшля. Головна проблема при цьому полягае в диференщацп типу грунту, його витримувально! здатност { вологость
2.1. Класифiкацiя грунтових умов
Один шдхщ базуеться на залежност сили опору його деформаци чи розриву грунту вщ ступеня зчеплення чи злипання його частинок [2]. Просте-жуеться ч1ткий взаемозв'язок м1ж масовою волопстю { станом (рщкий, плас-тичний, твердий) грунту. Твердий стан - коли змша вологост грунту не впли-
вае на змшу його об'ему шд час висихання. Пластичний стан - коли грунт можна розкатати в валок дiаметром 3 мм, який не розпадаеться на OKpeMi час-тини. Рiдкий стан - коли тонкий шар грунту дiаметром 12,5 мм вдаеться роз-дiлити ножем на двi окремi частини, але пiсля 25 ударiв по них, частини зно-ву сполучаються в одне цше. Будь-який стан грунту з достатньою точнiстю може бути описано величинами показниюв пластичностi, консистентност i рiдкостi, якi по-своему дають змогу оцiнити його фiзико-механiчнi характеристики. Це й покладено в основу класифшаци пов'язаних грунтiв. Наприк-лад, за показником консистентностi 1С грунти роздiлено на такi групи: твер-дий (1С > 1); пластичний (1 > 1С > 0); рiдкий (1С < 0).
У робот [3] наведено класифжащю грунтових умов за !х витриму-вальною здатнiстю (у вертикальному напрямку), в основу яко! покладено роз-мiр грунтово! фракци, а отже тип грунту, i його волопсть (рис. 2).
Дуже низька витримувальна здатнкть -
заборонений рух будь-яких наземних люотранспортних засоб1в без попереднього тестування
Низька витримувальна здатшсть -
безпечно для довкшля 1-10 про13д1в завантажено'1 л1сотранспортно1 машини
Середня витримувальна здатнкть -
безпечно для довкшля 10-20 прснздв завантажено! л1сотранспортно1 машини
Висока витримувальна здатшсть -
безпечно для довкшля 20-30 про!зд1в завантажено! лкотранспортно! машини
Дуже висока витримувальна здатнкть -
безпечно для довкшля понад 30 про!зд1в завантажено!" л1сотранспортно1 машини
0,6 6 18 60 180 1200 КПа ~
Стиск у вертикальному напрямку
Рис. 2. Класифшащя tpyHmoeux умов за методикою Швеци [4]
Другий шдхщ передбачае здшснення натурних дослщжень фiзико-ме-хашчних характеристик грунту шляхом визначення його модулiв зсуву i де-формаци. У практицi Захiдноевропейських держав для прогнозування витри-мувально! здатностi грунту, а вщповщно i опорно! прохщносл лiсових машин найчастiше використовуеться конусний показник С1 [4].
Конусний показник - це середнш ошр втискання круглого конуса з кутом загострення 30° у грунт на глибину 150 мм [5]. Вш пропорцшний до величини опору руху люово! машини, проникнення ii рушiя в грунт. Однак бшьш показову iнформацiю про можливiсть реалiзацil тягових властивостей лiсотранспортного засобу дають величини опору зсуву т i модуля деформацп грунту Е. Фiзико-механiчнi властивостi грунту залежать вiд рiзних чинникiв,
Граверистий грунт
Мулистай грунт, торф
зокрема, його структури, вмюту орган1чних речовин, щшьноеп, 1 найважливь ше вщ вологосл.
Конусний показник С1, сила опору зсуву т { модуль деформаци грунту Е покладеш в основу класифжаци грунту за EcoWood проектом [6].
Табл. 1. Класифшащя tрунmовихумов за EcoWoodпроектом [6]
Опис грунтово! поверхт (клас) Параметри витримувально! здатностi грунту Допускне значення питомого тиску, кПа
С1, кПа Е, МПа т, кПа
Тверда(1) >500 >60 >60 >80
Середньо! твердост (2) 300-500 20-60 20-60 60-80
М'ягка (3) <300 <20 <20 40-60
Згадаш вище параметри (С1, т, Е), кожен 1з яких може бути визначе-ний тшьки внаслщок польових дослщжень, характеризують витримувальну здатшсть грунту, або його придатшсть до можливого руху люових машин.
У робот [4] виконано пор1вняння двох шдход1в до класифжаци грунтових умов: за показниками пластичности консистентност { рщкост та за ко-нусним показником, силою опору зсуву { модулем деформаци грунту. Результата дослщження шдтвердили придатшсть { достов1ршсть описування двома методами витримувально! здатност зв'язаних грунпв (глина, суглинок) { мож-ливост здшснення по них руху люових машин.
т/» • о • •• • •
Критерш еколопчно1 сум1сност1
У багатьох публжацш критер1ем еколопчно! сумюност руш1я люово! машини з грунтовою поверхнею прийнято вважати допускне значення пито-мого контактного тиску рк . I в цьому е сво! проблеми, бо, наприклад, площа контакту пневматичного колеса залежить вщ типу шини { властивостей грунту [4, 7]. Методики визначення питомого тиску на грунт у р1зних галузях ви-користання транспортних машин (сшьське, л1сове господарства, вшськова га-лузь) ютотно вщр1зняються одна вщ одно!. Тай, навггь, для л1сово! галуз1 р1з-ш автори наводять р1зш залежност для визначення плошд контакту люопро-мислових трактор1в (табл. 2).
Пор1вняння р1зних методик визначення величин плошд контакту { питомого тиску на грунт [7, 13] показують р1зш результати (розрахунков1 зна-чення вщр1зняються в декшька раз1в). Найнижч1 середш значення питомого тиску характерш для методики Ме1^геп Р.О. [8], а найвишд - для ГОСТ 26953-86 { ГОСТ 2741-86 (наприклад, для Т1шЬег|аск 1710В з вантажем 10 т вщповщно р1вш 48 { 130 кПа).
Пщ час роботи люових машин вщ динам1чних навантажень у шас { навантажувальних пристроях виникають штенсивш коливання { в1браци, як призводять до збшьшення миттевого питомого тиску на грунт у 3-5 раз1в (рис. 3) [14]. У нашш робот вказано, що значення еколопчно! меж1 статичного питомого тиску на грунт повинно становити 50 кПа, що зб1гаеться 1з реко-мендащею EcoWood проекту для грунтових поверхонь 1з низькою витриму-вальною здатшстю.
Табл. 2. Формули для визначення плош^ контакту рушив _л'шовихмашин iз tрунтом_
Автор, джерело Вид руш1я
колшний гусеничний
ГОСТ 26953-86, ГОСТ 2741-86 £ = ЯТ • к, де: ЯТ - площа контакту з твердою поверхнею; к - коефщ1ент, що враховуе занурення руш1я в грунт
глибина занурення 50 мм глибина занурення 75 мм
Mellgren P.G. [8] £ = г • Ъ, де г \ Ъ - ввдповвдно рад1ус 1 ширина колеса Я = Ъ • (1,25г +1), де: Ъ - ширина гусенищ; 1 - ввдстань м1ж вюями в1зка
Larminie J.C.2 [9] £ = ъ 0 85 • < 1,15 ^, де 31 к - ввдповвдно прогин 1 висота профшю шини Я = Ъ^ёЪ, де < - д1аметр з1рочки
Maclaurin E.B.3 [10] £ = Ъ• <• Я0-4,
Silversides [11] Я = О'9 • /Рг' де: ОК - навантаження на колесо; р1 - тиск пов1тря в шит
Dwyer M.J.3 [12] Я = Ъ'а , (1+Ъ2 <)
Примггки: 1 - колюний рушш iз вiзковими гусеницями; 2 - для вшськово! машини; 3 - для сшьськогосподарського трактора.
дз «в
ft 44 139 16« ВД 1Н> НО ¡4J?
Час, сек.
Рис. 3. Змта питомого тиску на tрунт тд час роботи форвардера ЛтЬвцаек 810В [14]:-----статичне значення; дшам1чне значення
Спещальш експериментальш дослщження [7] показали, що для колю-ного трактора при зануренш в грунт грунтозачешв максимальш значення тиску на опорну поверхню приблизно в 1,5 раза перевищують середш. Контак-тний тиск тд грунтозачепами може бути у 3-5 раз1в вищий, шж тд впадинами м1ж ними [13]. Площа контакту руш1я люово! машини 1з грунтом пропорцшна глибиш коли (рис. 4). Отже критерш еколопчно! сумюносп руш1я 1з грунтовою поверхнею повинен залежати вщ глибини пошкодження 1 типу грунту.
Глибина коли, см Твердий, сухий Грунт
М'ягкий, вологий Грунт
. Вюь колеса
Площа контакту, см
Рис. 4. Змта величини плош^ контакту шини залежно вiд глибини коли [13]
Еколопчно допускш межi використання люових машин в EcoWood проектi запропоновано ощнювати за спiввiдношенням конусного показника С1 i питомого тиску на грунт рк, так званого колюного iндексу (iндексу ру-шiя). Прийнявши максимальну глибину коли на рiвнi 10 см, визначено еколопчно допускнi значення вiдношення С1/рк в дiапазонi вiд 3 до 7 (рис. 5), що вщиовщае певному допускному значению питомого тиску на грунт (табл. 1). 0,30 Межа техшчно! рухливоеп
Допускна глибина колп
ч о к я
и к ю
и ч и
10 20 30 40 50 С1/рк
Рис. 5. Залежшсть глибини коли вiд тдексу рушiя [6]
Пошкодження грунтово! поверхнi тим значтш, чим бiльшi значення глибини коли i площi пошкоджено! поверхнi. Бiльшiсть дослiдникiв указують, що найiнтенсивнiше колiеутворення вщбуваеться протягом перших кiлькох про!здв люово! машини. На пiдставi аналiзу результатiв дослiджень взаемоди рушив люових машин i грунтово! поверхнi, виконаних на кафедрi лiсових машин НЛТУ Украши, встановлено, що зi збiльшенням кiлькостi про!здв ступiнь пошкодження грунтово! поверхнi зростае за логарифмiчною залежнiстю (рис. 6), ущiльнення грунту тсля перших 5-ти про!здв становить близько 75 % ущшьнення тсля 20-ти про^здв (здебiльшого спричиняе найбшьше ущшьнен-ня грунтових частинок) трелювального трактора. Вже пiсля 10 про^здв трелю-вального трактора щiльнiсть грунту сягае порогового значення для вщновлення бшьшосп деревних порiд [15]. За даними роботи [16] граничне значення ущшьнення грунту не повинно перевищувати 10 % меж зменшення його пористость За даними фшських дослщниюв колiя глибиною понад 10 см i шириною щонайменше 50 см призводять до серйозних еколопчних порушень та
економiчних втрат [6]. Тому в робот [3] запропоновано допускш пошкоджен-ня опорно! поверхш пiд час суцшьних рубань пов'язувати як iз глибиною ко-лii, так iз величиною пошкоджено! площi лiсосiки (табл. 3).
Табл. 3 Стумнь пошкодження поверхш л'шос'иш мсля суцтьного рубання
Глибина кол1!, см Частка пошкоджено! плошд, %
< 10 10-20 20-30 > 30
< 5 дуже малий малий середнш високий
5-9,9 малий середнш високий дуже високий
10-14,9 середнш високий дуже високий надзвичайно високий
15-19,9 високий дуже високий надзвичайно високий неприйнятний
> 20 неприйнятний
0-1----
0 5 10 15 20
Кшыасть прсйадв
Рис. 6. Залежшсть ступеня ущтьнення tрунтовоiповерхн вiд проiздiв трелювального трактора ([рунт суглинистий, щтьшсть непорушеного шару -1,21...1,45г/см3, початкова масова вологкть 32...56 %)
Висновки
Вiдомi шдходи до класифшаци грунтових умов (за показниками плас-тичност, консистентност i рiдкостi та за конусним показником, силою опору зсуву i модулем деформацii грунту) можуть бути однаково використаш для описування витримувально! здатностi опорно! поверхнi.
1ндекс рушiя, запропоновано в EcoWood проект як критерш еколопчно! сприйнятливост трелювання деревини, е достатньо ушверсальним, однак вiн не враховуе кшькост проiздiв лiсовоi машини тим таки слщом, площi пошкодження, впливу динамiчних ефектiв та умов можливостi ефективного люовщновлення пiсля закiнчення лiсозаготiвельних робгг. На нашу думку критерiй еколопчно! сумiсностi лiсовоi машини iз грунтовою поверхнею для iнформацiйного (комп'ютерного) планування люотранспортного забезпечен-ня повинен бути комплексним i охоплювати такi показники: шдекс рушiя (35), площа пошкоджено! поверхнi (не вище 15-20 %) i максимальне ушдльнен-ня грунтово! поверхнi (виходячи iз порогового значення, що вiдповiдае мож-ливост ефективного вiдновлення перспективно! для дано! дшянки деревно! породи). Методика вибору еколопчно прийнятного техшчного засобу для трелювання деревини повинна базуватися на результатах обстежень конкрет-них грунто-пдролопчних i рельефних умов, прогнозування пори року здшс-
нення л1созагот1вельних операцiй, а також на кшьюсних динамiчних показни-ках питомого тиску люотранспортного засобу на грунт.
Лггература
1. Стиран1вський О. Моделювання транспортного освоення прського люового масиву з врахуванням потенцшних еколопчних ризиюв// Пращ ЛАНУ. - Льв1в: УкрДЛТУ. - 2004, вип. 3. - С. 133-138.
2. Hunt, R.E. Geotechnical engineering analysis and evaluation. McGraw-Hill Book Company, 1986. - 715 р.
3. Bygden G., Wasterlund I., Eliasson L. Rutting and soil disturbance minimized by planning and using bogie tracks// 2nd Forest Engineering Conference 12-15 May 2003, Vaxjo, Sweden, Proceedings. Techniques and Methods, 003. - Р. 89-95.
4. Porsinsky T., Sraka M., Stankic I. Comparison of two approaches to soil strength classifications// Croatian Journal of Forest Engineering. Volume 27. Issue 1, 2006. - P. 17-26.
5. ASAE. Procedures for Using and Reporting Data Obtained with the Soil Cone Penetrometer (ASAE EP542 FEB99), 1999. - P. 986-989.
6. Owende P.M. O., Lyons J., Haarlaa R., Peltola A., Spinells R., Molano J., Ward S.M. Operations protocol for Eco-efficient Wood Harvesting on Sensitive Sites. Project ECOWOOD. Contract No. QLK5-1999-00991, 2002. - 74 p.
7. Протас П. А. Снижение отрицательного воздействия лесозаготови-тельных машин на почвогрунты: Автореф. дисс. канд. техн. наук. - Минск, 2005. - 24 с.
8. Mellgren P.G. Terrain Classification for Canadian Forestry. Canadian Pulp and Paper Association, 1980. - 13 p.
9. Larminie J.C. Standards for the mobility numbers requirements of military vehicles// Journal of Terramechanics, 25(3), 1988. - P. 171-189.
10. Maclaurin E.B. The use of mobility members to describe the in-field tractive performance on pneumatic tyres// Proceedings of the 10th International Conference ISTVS. Aug. 20-24 1990. Volume 1. Kobe. Japan, 1990. - P. 177-186.
11. Silversides C.R., Sundberg U. Operational Efficiency in Forestry. Volume 2. Boston: Forest Science, 1989. - 169 p.
12. Dwyer M.J. Computer models to predict the performance of agricultural tractors on heavy draught operations// Proceedings of the 8th International Conference ISTVS. Aug. 6-10 1984. Volume 3. Cambridge. England, 1984. - P. 933-952.
13. Porsinsky T., Horvat D. Indeks kotaca kao parameter procjene okolisne prihvatljivosti vo-zila za privlacenje drva// Nova Mehanizacija Sumarstva. Volume 26, 2005. - P. 25-38.
14. Wehner T. Environmental impacts of modern harvesting systems on soil// 2nd Forest Engineering Conference 12-15 May 2003, Vaxjo, Sweden, Proceedings. Techniques and Methods, 2003. - Р. 96-102.
15. Библюк Н.1. Люотранспорт та еколопчна безпека: Навч. пос. - Львiв: НЛТУ, 2006. - 44 с.
16. Hata S., Tateyama K. Theoretical approach to impact soil compaction through plastic wave propagation// Journal of Terramechanics 28 (4), 1991. - P. 349-358.
УДК504.73:581.526(477.83) Acnip. Я.Б. Щупатвський1 -
НЛТУ Украти, м. Rbeie
ЕКОЛОГО-Б1ОЛОГ1ЧН1 УМОВИ ФОРМУВАННЯ РОСЛИННОСТ1 БЕРЕГОВО1 ЗОНИ ТЕХНОГЕННИХ ВОДОЙМ Г1РНИЧОПРОМИСЛОВИХ П1ДПРИеМСТВ
Встановлено основш грунтовi чинники, яю впливають на розвиток рослинносп берегово'1 зони. Представлено результати дослщжень рослинних угруповань антропогенно-природного походження й основш принципи ix формування. Дано оцшку ф^омелюративному значенню таких рослинних угруповань на прикладi Роздшьсь-кого й Подорожненского арчаних кар'ерiв.
Ключов1 слова: рослинш угруповання, арчаш кар'ери, техногенш водойми.
1 Наук. кер1вник: проф. В.П. Кучерявий, д-р с.-г. наук - НЛТУ Украши, м. Льв1в
