Выбор наиболее адаптированных технических средств, оптимизация их режимов работы, обоснование экономичных схем первичной транспортировки древесины с позиции дифференцированного подхода к разрабатываемым участкам на стадии технологического проектирования остаются наиболее актуальными направлениями совершенствования производственной деятельности лесозаготовительных предприятий на данных территориях. Успешная реализация обозначенных направлений непосредственно зависит от решения задачи по поиску оптимального расположения первичных транспортных путей в условиях изменяющегося рельефа при большом разнообразии альтернатив техники. При этом обоснование оптимального расположения транспортных путей целесообразно выполнять с двух позиций: оптимальной траектории транспортировки и ее оптимальной протяженности.
Проблематичность решения данного вопроса заключается в следующем конфликте. С одной стороны, рост уклона транспортных путей снижает производительность и экономичность транспортировки посредством ухудшения эксплуатационных показателей технических средств (скорость движения, нагрузка, расход топлива), а с другой - стремление исправить такую ситуацию путем уменьшения проектируемых уклонов за счет развития ведет к росту затрат на их строительство, при этом рост протяженности транспортной линии одновременно с ростом степени ее извилистости увеличивает продолжительность транспортировки.
При обосновании оптимальных траекторий первичной транспортировки древесины в горной местности, кроме рельефа, требуется также учитывать конфигурацию лесосеки, непредсказуемо изменяющуюся по естественным ее рубежам (скале, хребту, балке, речке и т.п.); лесотаксационные показатели насаждения (запас, объемы хлыстов, состав насаждения); способ рубки; вид транспортируемой древесины; характеристику технических средств. В такой ситуации природно-производственной неопределенности сравнить работу различных технических средств путем натурного эксперимента не представляется возможным, поэтому целесообразно использовать современные методы моделирования лесозаготовительных процессов, позволяющие не только прогнозировать с достаточной степенью адекватности результаты функционирования различных вариантов транспортных средств, но и реализовывать весь их потенциал на основе оптимизации технологических и технических параметров работы [1; 2; 4].
На трелевку леса - как объект моделирования и оптимизации процесса воздействуют две группы входных факторов (рисунок 1):
1 группа - параметры древостоя (возраст, породный состав, таксационные характеристики (диаметры, высоты, объемы), характер распределения по площади лесосеки (регулярный, случайный, групповой), координаты вырубаемых и оставляемых деревьев, количество деревьев на 1 га, запас древесины на 1 га, общий и средний прирост стволовой древесины); параметры, характеризующие местность эксплуатации машины (уклон местности, тип почвенно-грунтовых условий), состояние поверхности подтрелевочного и трелевочного пути (влажность почвы, высота и плотность снежного покрова, захламленность лесосеки); параметры климатических условий (сезон работ, температура, влажность, осадки);
2 группа - параметры лесосеки (площадь леса, тяготеющая к одному погрузочному пункту, расстояние между технологическими коридорами (пасечными волоками), их ширина и протяженность, угол примыкания технологических визиров к технологическому коридору (пасечному волоку)); параметры технологического процесса (вид трелюемой древесины: сортименты, хлысты, деревья); параметры трелевочной системы (количество и тип технических средств или средства в системе); параметры трелевочного средства (грузовместимость, характеристика ходовой части, мощность двигателя и лебедки, площадь охвата технологического оборудования с одной стоянки); параметры процесса подтрелевки древесины (количество рабочих позиций и расстояние между ними, место установки техники, технология подтрелевки (разработка одной или двух полупасек с одной рабочей позиции), вид древесины (одиночные хлысты или сортименты, пачки хлыстов или сортиментов), ориентация древесины (вершиной или комлевой частью вперед)); параметры процесса трелевки древесины (количество технологических остановок для формирования пачки или ее захвата, расстояние между технологическими остановками, варианты формирования пачки (сочетание крупных и мелких хлыстов или сортиментов), место остановки техники для формирования пачки или ее захвата, вариант разработки пасеки (с дальнего или ближнего ее конца от лесопогрузочного пункта)); параметры процесса валки (число вырубаемых деревьев на 1 га, диаметр вырубаемых деревьев, варианты укладки дерева, ориентация и местоположение древесины).
Правила рубок в горных лесах нашей страны выработаны в основном с позиции последующего успешного естественного возобновления, поэтому проведение исследовательской работы по обозначенным направлениям повышения эффективности транспортировки древесины не может рассматриваться без обеспечения сохранения компонентов леса в необходимом для такого лесовосстановления объеме. В этой связи в качестве показателей эффективности исследуемого процесса в горной местности могут быть актуальны следующие группы критериев: экономические (себестоимость 1 м3, общие приведенные затраты, удельные приведенные затраты); технико-экономические (производительность, комплексная выработка трелевочной системы, коэффициент использования технического средства в системе, степень использования потенциала техники, энергоемкость); технологические (доступность всей предназначенной для трелевки древесины, доля технологических площадей); лесоводственно-экологические (количество и степень повреждений оставляемых деревьев и подроста, средний прирост стволовой древесины после рубок) [3; 4; 6; 7].
Рисунок 1. Трелевка леса - как объект моделирования и оптимизации процесса.
С учетом представленного анализа трелевки - как объекта моделирования и оптимизации для разработки имитационной модели процесса в горной местности представляется целесообразным использовать структуру, состоящую из следующих взаимосвязанных блоков-элементов: программа рубок, конфигурация разрабатываемой лесосеки, рельеф местности разрабатываемого лесного массива, параметры древостоя, тип транспортной системы, параметры освоения лесосеки, параметры работы транспортной системы, технико-экономический результат, лесоводственно-экологические последствия, обобщенный критерий эффективности транспортировки древесины (рисунок 2).
В блок-элементе «Программа рубок» задаются параметры проводимой рубки: число и степень изреживания древостоя [5]. В блок-элементе «Конфигурация лесосеки» выполняется координатная привязка горизонтальных контуров разрабатываемой лесосеки, и задаются координаты близлежащих транспортных путей. В блок-элементе «Рельеф местности» задаются вертикальные координаты поверхности всей площади лесосеки в соответствии с разрешением моделируемой сети [6]. В блок-элементе «Параметры древостоя» выполняется моделирование пространственной структуры расположения деревьев на лесосеке с таксационными характеристиками каждого в отдельности. В блок-элементе «Тип транспортной системы» выполняется выбор вариантов транспортировки древесины для последующего сравнения, в зависимости от смоделированных условий разрабатываемой лесосеки. В блок-элементе «Параметры освоения лесосеки» происходит моделирование основных элементов разрабатываемой лесосеки (волоки, погрузочные пункты), определение протяженности и характера возможных траекторий транспортировки древесины. В блок-элементе «Параметры работы транспортной системы» происходит моделирование функционирования сравниваемых вариантов транспортных систем в различных режимах и по различным схемам работы. В блок-элементе «Технико-экономический результат» выполняется прогнозирование технико-экономического результата сравниваемых вариантов транспортировки древесины. В блок-элементе «Лесоводственно-экологические последствия» выполняется прогнозирование лесоводственно-экологических последствий сравниваемых вариантов транспортировки древесины. В блок-элементе «Показатель качества» происходит выбор эффективного варианта транспортировки древесины из сравниваемых альтернатив.
Рисунок 2. Структурная схема имитационной модели процесса первичной транспортировки древесины.
На кафедре ТОЛП ВГЛТА проводятся исследования по разработке математического аппарата для моделирования: рельефа местности, отличающегося возможностью расчета оптимальной траектории перемещения древесины по территории разрабатываемого участка; пространственной структуры расположения деревьев на лесосеке с ее индивидуальными характеристиками, отличающегося возможностью управления параметрами укладки деревьев для последующей транспортировки древесины, а также возможностью прогноза повреждаемости ряда компонентов леса (стволы деревьев, тонкомер, подрост, почва, травяной покров) и определения лесовосстановительного ущерба в условиях горной местности.
Рецензенты:
Никулин С.С., д.т.н., профессор кафедры инженерной экологии и техногенной безопасности ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», г. Воронеж.
Казаров К.Р., д.т.н., профессор кафедры сельскохозяйственных машин ФГОУ ВПО «Воронежский ГАУ», г. Воронеж.