На правах рукописи

Юхнин Михаил Идрисович

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕГЛАМЕНТА

РАБОТ ПО СОДЕРЖАНИЮ КАНАЛОВ РЕГУЛИРУЮЩЕЙ

СЕТИ ГИДРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНОЙ СИСТЕМЫ

05.21.01 – «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт- Петербург – 2011 г 2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «УГТУ»).

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор, заслуженный мелиоратор РФ Добрынин Юрий Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, Минаев Александр Николаевич кандидат технических наук, Васякин Евгений Алексеевич

Ведущая организация – ФГУ «Санкт-Петербургский научно – исследовательский института лесного хозяйства»

Защита состоится «21 » декабря 2011г. в 1300 на заседании диссертационного совета Д.212.220.03 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете им. С.М. Кирова». (194021, г. СанктПетербург, Институтский пер. 5)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С.М. Кирова (ФГБОУ ВПО «СПбГЛТУ»)

Автореферат размещен на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ http://vak.ed.gov.ru/ Автореферат разослан « 18 » ноября 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Бирман А.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение производительности лесов остается главной задачей лесного хозяйства Российской Федерации. Её решение непосредственно связано с осушением переувлажненных лесных земель или с гидролесомелиорацией, которая позволяет повысить прирост древесины, расширить покрытую лесом площадь, создаёт условия для побочного пользования, лесоотпуска, особенно в хозяйствах с истощенной лесосырьевой базой на суходолах. Больше чем за два века производства лесоосушительных работ в России ими было охвачено более 5млн. га переувлажненных земель и получен существенный экономический эффект. К настоящему времени большинство лесоосушительных систем находятся в неудовлетворительном состоянии из-за чего растут площади вторичного заболачивания земель, нуждающихся в неотложном проведении всех видов ухода и ремонта каналов осушительной сети. Площадь осушаемых лесов сократилась. Инвентаризацией гидролесомелиоративных систем, проведенной в 1999-2000г. установлено, что теперь она составляет 3 - 3,5 млн.га, из которых только на площади 2 млн. га экономически целесообразно проводить работы по технической эксплуатации с целью сохранения и увеличения достигнутого от осушения лесоводственного эффекта.

С позиции экономической ситуации в стране, связанной с неизбежным переходным периодом, а также важности сохранения гидролесомелиоративных систем (ГЛМС) необходимо вести научный поиск снижения затрат на проведение всех видов ремонта их важнейших элементов (каналов регулирующей и проводящей сети, гидротехнических сооружений). Причем разработка новых технологий проведения работ по технической эксплуатации не должна допускать снижения уровня рабочего состояния каналов и показателей роста древостоя и, по возможности, должна способствовать устранению допущенных ранее просчетов в проектировании и технической эксплуатации ГЛМС. Внедрение в практику гидролесомелиоративных работ таких технологий будет удовлетворять требованиям рыночной экономики – получение максимального лесоводственного эффекта в более короткое время после ввода в действие ГЛМС, в том числе после проведения их неотложного ремонта или реконструкции.

В этой связи тема, связанная с обоснованием технологического регламента проведения ремонта каналов регулирующей (осушительной) сети на ГЛМС с применением машин соответствует современному направлению решения важной задачи лесохозяйственного производства, что определяет её актуальность.

Цель работы. Повышение эффективности функционирования гидролесомелиоративной системы на основе разработки оптимального технологического регламента проведения ремонтных работ и ухода за каналами.

Объекты и методы исследования. Объектом экспериментальных исследований являлись осушительные каналы ГЛМС, построенной в Слудицком лесничестве Вырицкого лесхоза Ленинградской области. Теоретически и экспериментально исследовались параметры осушительных каналов в процессе их функционирования с использованием методов математической статистики, теории вероятности, теории случайных процессов, теории надежности, теории восстановления, математического программирования.

Научная новизна работы. Определяется установлением выборочных функций процесса заиления каналов регулирующей сети объекта осушения, характерного для Северо-Западного гидролесомелиоративного района, вероятностной феноменологической модели кумулятивного повреждения осушительных каналов, моделей профилактики каналов по стационарным и неоднородным стратегиям с определением оптимальной стратегии, показателя ремонтопригодности каналов регулирующей сети и значений показателя безотказности – вероятности их безотказной работы.

Значимость для практики. Установленные показатели надежности функционирования каналов ГЛМС, при которых обеспечивается устойчивый дополнительный прирост осушаемого древостоя и характеристика процесса заиления осушительных каналов делают возможным прогнозирование периодичности проведения механизированных ремонтных работ и их планирование.

Применение разработанной методики установления оптимального технологического регламента проведения механизированных ремонтных работ позволит прогнозировать затраты на их проведение и прибыль от дополнительного прироста древостоя на объекте осушения.

Научные положения выносимые на защиту:

математическая модель процесса накопления повреждения каналов регулирующей сети;

оценка технического состояния каналов (их функционирования) методами теории надежности;

оптимизация технологического регламента (стратегий проведения механизированных ремонтных работ) с учетом показателя ремонтопригодности каналов.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях УГТУ (Ухта, 2005,2008г.), СПбГЛТА (Санкт-Петербург, 2005г., 2006г.), на Всероссийских симпозиумах и совещаниях по гидролесомелиорации (Санкт-Петербург, г. Кировск, пос. Лисино – Корпус, 2006г, г. Вологда, 2007г., г. Тихвин, 2011г.) Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 16 статей, в том числе три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования материалов диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций и списка использованных источников. Содержание работы изложено на 136 страницах машинописного текста, иллюстрированного 32 рисунками и 6 таблицами, список литературы содержит 80 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

1. Состояние вопроса по проведению технической эксплуатации гидролесомелиоративных систем. В первом разделе рассмотрены основные виды работ по технической эксплуатации ГЛМС, причины неудовлетворительной работы систем, проведен обзор литературных источников по вопросу повреждения мелиоративных каналов, где рассмотрены исследования А.Д. Дубаха, Х.А. Писарькова, В.К. Константинова, А.М. Тараканова. Е.Д. Сабо. А.Ф. Тимофеева, Д.А. Семакова, А.В. Троязыкова и др., представлены основные направления развития механизации работ и разработки машин для проведения ремонта и ухода за мелиоративными каналами.

На основании проведенного анализа опубликованных работ сделаны следующие выводы:

1. Проведение работ по технической эксплуатации гидролесомелиоративных систем весьма актуально на площади 2 млн. га осушаемых земель Российской Федерации, причем их следует проводить в неотложном порядке, что позволит спасти гибнущие древостои и обеспечить повышение продуктивности мелиорируемых земель.

2. Исследования процессов повреждения мелиоративных каналов не имеют законченной формы и требуется продолжение их проведения на других объектах осушения для накопления статистических данных по различным гидролесомелиоративным районам и обобщения полученных результатов.

3. Выполнение трудоемких гидролесомелиоративных работ в необходимых объемах невозможно без высокопроизводительных машин. Конструкции специализированных гидролесомелиоративных машин разработаны в Санкт-Петербургском научно-исследовательском институте лесного хозяйства и при организации их промышленного производства открываются возможности решения проблемы вторичного заболачивания объектов гидролесомелиорации.

На основании проведенного анализа состояния вопроса вытекают следующие задачи исследования.

путем натурного эксперимента установить основные характеристики повреждений каналов-осушителей на конкретной гидролесомелиоративной разработать вероятностную модель процесса заиления каналов;

разработать модели профилактического обслуживания каналов осушителей посредством специализированных гидролесомелиоративных машин;

разработать методику проектирования технологического регламента проведения работ по содержанию каналов регулирующей сети в работоспособном состоянии.

2. Моделирование процесса заиления каналов регулирующей сети.

Во втором разделе дается обоснование выбора объекта исследования - гидролесомелиоративной системы, представлены техническое состояние каналов регулирующей сети, выборочные функции (ВФ) процесса из заиления и усредненная ВФ для всех обследованных каналов (рис.1).

Эта ВФ аппроксимирована экспоненциальной кривой где значение (-0,1235) является коэффициентом формы кривой и соответствует исследованиям, проведенным ранее на другой ГЛМС Ленинградской обл.

На основании анализа результатов натурного эксперимента и ранее проведенных наблюдений методами математической статистики была проведена компьютерная обработка числовых рядов с использованием программных средств Microsoft Excel, MathCAD 13, STATISTIKA, Statgraphics v.2.1.

Было установлено, что распределение плотности вероятности глубины каналов-осушителей и ширины их по верху в различные годы удовлетворительно подчиняется нормальному закону.

Рис.1. Усредненная ВФ процесса заиления каналов регулирующей сети ГЛМС, расположенной в Слудицком лесничестве Вырицкого лесхоза Ленинградской обл.

Математическая модель процесса заиления мелиоративных каналов представлена как вероятностная феноменологическая модель кумулятивного накопления повреждения, представляющая собой стационарный Марковский процесс (дискретное время и состояние). Эта дискретная модель рассматривается как вложенная в непрерывный физический процесс кумулятивного повреждения (КП) мелиоративных каналов с матрицей переходных вероятностей (МПВ) где 1> рj >0, pj + qj = 1, pj – вероятность остаться в состоянии j за один шаг; qj вероятность перехода повреждения за один шаг из состояния j в состояние j+1.

Из (2) видно, что все состояния повреждения каналов 1, 2,…, b-1 - переходные, а состояние b – поглощающее, соответствующее отказу.

Пусть случайная величина глубины каналов Ht обозначает состояние их повреждения в момент t вреждения 1, …, b. Для представления этой МПВ используется вектор-строка:

и известное из теории марковских цепей выражение где p0 = 1 – единичная матрица размерностью (b x b).

Уравнение (5) позволяет получить результаты, необходимые для основной вероятностной информации рассматриваемой модели КП осушительных каналов, в которой наступление их неработоспособного предельного состояния (отказа в работе) определяется моментом перехода в состояние b.

Интегральная функция распределения времени до отказа Тb в этом случае имеет вид