Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

КРИТИЧЕСКИЕ УСИЛИЯ ОПРОКИДЫВАНИЯ ДЕРЕВЬЕВ БЕРЕГОВОЙ ЗОНЫ ВОДОХРАНИЛИЩ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИХ В КАЧЕСТВЕ ОПОР КАНАТНОЙ СИСТЕМЫ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СБОРА И ТРАНСПОРТИРОВКИ ДРЕВЕСИНЫ

Жук А.Ю. 1
1 ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет»
В статье представлены результаты экспериментальных исследований по определению усилия опрокидывания с корневой системой (корчевания) деревьев, произрастающих на размываемых берегах водохранилищ ГЭС, для установления возможности использования их в качестве береговых опор канатных систем при эксплуатации устройств для сбора и транспортировки древесины. Это является необходимым элементом технологического процесса, ограничение по максимальному весу транспортируемой пачки лесоматериалов даёт представление о производительности машин, их технологической оснастке. Выходным параметром являлось усилие опрокидывания (корчевания). Вначале проводились разведочные опыты, целью которых было получение информации о влиянии различных факторов на усилие корчевания. Установлено что факторы, значимо влияющие на величину выходного параметра, так или иначе связаны между собой. Сучетом необходимости использования в регрессионных моделях только независимых факторов, а также результатов оценки коэффициентов корреляции построены регрессионные зависимости для расчета усилия корчевания от диаметра дерева на высоте 1,3м (d1,3) как величины, оказывающей наиболее заметное влияние на искомое усилие. Прочие факторы в модели не включались, поскольку они находятся в тесной связи с диаметром d1,3. Полученные экспериментальные зависимости позволят с достаточной степенью достоверности определить возможность использования деревьев береговой зоны водохранилищ в качестве береговых опор канатных систем устройств для сбора и транспортировки древесины в различных грунтовых условиях.
канатная трелёвка
береговая опора
усилие опрокидывания
размываемые берега водохранилищ
«бесхозная» древесина
аварийная древесина
прибрежные акватории водохранилищ
береговая зона водохранилищ
пассивный эксперимент
уравнения регрессии
1.Андреев В.Н. Математическое планирование эксперимента. – Л.: ЛТА, 1982. – 39 с.
2.Горяев А.С. Обоснование способа сбора и транспортировки аварийной древесины в береговой зоне водохранилищ: дис. ... канд. техн. наук. – Братск, 2009. – 134 с.
3.Горяев А.С., Жук А.Ю., Федяев А.А. Разработка новых способов очистки береговой зоны водохранилищ. Системы. Методы. Технологии. – 2011. – №10. – С. 130–134.
4.Горяев А.С., Жук А.Ю. Способ доставки обсохшей аварийной древесины в акваторию озер и водохранилищ и устройство для его осуществления// Патент России №2394421. 2010. Бюл. №20
5.Горяев А.С., Жук А.Ю., Угрюмов Б.И. Устройство для сбора обсохшей аварийной древесины с механическим захватом// Патент России №2394422. 2010. Бюл. №20.
6.Жук А.Ю. Обоснование и разработка технологических процессов освоения древесины в береговой зоне водохранилищ: дис. ... канд. техн. наук. – Братск, 2002. – 175 с.
7.Жук А.Ю. Методика экспериментальных исследований по определению критического усилия, при котором происходит опрокидывание деревьев на размываемых берегах водохранилищ// Инженерный вестник Дона. – 2015. – №3. – URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3253.
8.Жук А.Ю. Агрегат для сбора и транспортировки древесины с берегов// Патент России №88660. 2009. Бюл. №32.

При проектировании технологических процессов освоения древесины в береговой зоне и прибрежных акваториях водохранилищ необходимо определить критические усилия, при которых происходит опрокидывание вместе с корневой системой деревьев, произрастающих на берегах водохранилищ ГЭС, подверженных размыву в результате воздействия колебаний уровня воды, ветровых, волновых нагрузок и абразии. Это необходимо для установления возможности использования деревьев береговой зоны в качестве опор канатной системы устройств для сбора и транспортировки древесины. Экспериментальные исследования проведены по методике, изложенной в работах [2, 6, 7].

Цель исследований – установление возможности использования деревьев береговой зоны водохранилищ в качестве опор канатной системы устройств для сбора и транспортировки древесины [3, 4, 5, 8] путём определения критического усилия, при котором происходит их опрокидывание с корневой системой.

При обработке экспериментальных данных использовалось лицензионное программное обеспечение: Microsoft Excel 2013 и Statgraphics Centurion XVII.I.

В начале проводились разведочные опыты, целью которых было получение информации о влиянии различных факторов на усилие корчевания.

Для оценки влияния факторов на усилие корчевания были рассчитаны коэффициенты корреляции [1] (как с величиной усилия корчевания F, так и между собой, что было необходимо для выявления независимых факторов, используемых при составлении регрессионных моделей).

Таблица 1

Оценка значимости коэффициентов корреляции факторов в опытах по определению усилия опрокидывания дерева (порода – сосна, грунт – суглинок)

 

Hдер

h

d1,3

Bкр

Hбер, уст

Lоб

Lбер

lкорн, max

lкорн, min

F

Hдер

 

4,18

7,56

3,34

0,46

1,16

1,62

3,95

2,31

6,49

h

4,18

 

2,82

1,92

1,10

0,16

0,76

1,63

1,35

2,18

d1,3

7,56

2,82

 

4,08

0,36

1,77

1,84

7,06

2,73

12,53

Bкр

3,34

1,92

4,08

 

0,55

1,62

1,49

5,53

4,64

3,68

Hбер, уст

0,46

1,10

0,36

0,55

 

0,69

1,11

0,16

0,14

0,23

Lоб

1,16

0,16

1,77

1,62

0,69

 

1,60

2,11

1,93

1,48

Lбер

1,62

0,76

1,84

1,49

1,11

1,60

 

1,72

1,30

1,87

lкорн, max

3,95

1,63

7,06

5,53

0,16

2,11

1,72

 

4,63

6,66

lкорн, min

2,31

1,35

2,73

4,64

0,14

1,93

1,30

4,63

 

2,34

F

6,49

2,18

12,53

3,68

0,23

1,48

1,87

6,66

2,34

 

Таблица 2

Оценка значимости коэффициентов корреляции факторов в опытах по определению усилия опрокидывания дерева (порода – сосна, грунт – песок)

 

Hдер

h

d1,3

Bкр

Hбер, уст

Lоб

Lбер

lкорн, max

lкорн, min

F

Hдер

 

4,54

2,91

3,08

1,11

0,43

0,09

9,28

5,00

5,24

h

4,54

 

1,48

1,50

0,27

0,59

0,63

3,27

2,29

2,42

d1,3

2,91

1,48

 

4,77

1,60

0,69

1,96

3,94

4,81

5,43

Bкр

3,08

1,50

4,77

 

0,86

1,49

1,34

3,82

3,53

4,84

Hбер, уст

1,11

0,27

1,60

0,86

 

2,35

1,10

1,11

1,64

0,94

Lоб

0,43

0,59

0,69

1,49

2,35

 

0,01

0,46

0,10

1,15

Lбер

0,09

0,63

1,96

1,34

1,10

0,01

 

0,58

1,09

0,91

lкорн, max

9,28

3,27

3,94

3,82

1,11

0,46

0,58

 

6,66

5,31

lкорн, min

5,00

2,29

4,81

3,53

1,64

0,10

1,09

6,66

 

4,86

F

5,24

2,42

5,43

4,84

0,94

1,15

0,91

5,31

4,86

 

Таблица 3

Оценка значимости коэффициентов корреляции факторов в опытах по определению усилия опрокидывания дерева (порода – береза, грунт – суглинок)

 

Hдер

h

d1,3

Bкр

Hбер, уст

Lоб

Lбер

lкорн, max

lкорн, min

F

Hдер

 

0,22

2,87

0,06

0,92

1,15

0,80

0,60

1,95

1,57

h

0,22

 

0,09

0,66

0,35

0,90

0,35

1,29

0,57

0,30

d1,3

2,87

0,09

 

1,40

2,87

2,08

2,58

0,81

2,73

0,35

Bкр

0,06

0,66

1,40

 

0,90

0,57

0,89

1,66

0,46

0,63

Hбер, уст

0,92

0,35

2,87

0,90

 

2,35

46,85

1,32

3,00

1,45

Lоб

1,15

0,90

2,08

0,57

2,35

 

2,21

0,34

1,49

1,10

Lбер

0,80

0,35

2,58

0,89

46,85

2,21

 

1,36

2,85

1,55

lкорн, max

0,60

1,29

0,81

1,66

1,32

0,34

1,36

 

1,78

0,54

lкорн, min

1,95

0,57

2,73

0,46

3,00

1,49

2,85

1,78

 

0,15

F

1,57

0,30

0,35

0,63

1,45

1,10

1,55

0,54

0,15

 

Таблица 4

Оценка значимости коэффициентов корреляции факторов в опытах по оценке усилия корчевания (порода – береза, грунт – песок)

 

Hдер

h

d1,3

Bкр

Hбер, уст

Lоб

Lбер

lкорн, max

lкорн, min

F

Hдер

 

0,38

1,96

0,21

2,16

0,90

1,54

0,97

0,76

1,71

h

0,38

 

1,47

0,15

0,89

1,04

0,89

0,23

0,10

0,65

d1,3

1,96

1,47

 

1,25

4,99

2,45

0,91

0,37

0,70

4,48

Bкр

0,21

0,15

1,25

 

1,05

1,79

0,59

2,11

0,37

1,19

Hбер, уст

2,16

0,89

4,99

1,05

 

2,72

0,32

0,20

1,07

2,68

Lоб

0,90

1,04

2,45

1,79

2,72

 

0,96

0,64

3,40

2,69

Lбер

1,54

0,89

0,91

0,59

0,32

0,96

 

0,60

1,27

1,60

lкорн, max

0,97

0,23

0,37

2,11

0,20

0,64

0,60

 

0,46

1,19

lкорн, min

0,76

0,10

0,70

0,37

1,07

3,40

1,27

0,46

 

1,12

F

1,71

0,65

4,48

1,19

2,68

2,69

1,60

1,19

1,12

 

Полученные данные показывают, что факторы, значимо влияющие на усилие повала (корчевания), так или иначе связаны между собой. Сучетом необходимости использования в регрессионных моделях только независимых факторов, а также результатов оценки коэффициентов корреляции принято решение строить регрессионные зависимости для расчета усилия корчевания от диаметра дерева на высоте 1,3м (d1,3) как величины, оказывающей наиболее заметное влияние на искомое усилие. Прочие факторы в модели не включались, поскольку они находятся в тесной связи с диаметром d1,3.

Для получения более точных оценок усилия повала (корчевания) были проведены дополнительные опыты с большим числом наблюдений, в ходе которых замерялись только диаметр d1,3 и усилие корчевания. Результаты этих опытов представлены в табл.5.

Таблица 5

Результаты опытов по определению усилия повала (корчевания) деревьев

№ п/п

Сосна, суглинок

Сосна, песок

Береза, суглинок

Береза, песок

d1,3, см

F, кН

d1,3, см

F, кН

d1,3, см

F, кН

d1,3, см

F, кН

1

45

84,6

39

50,5

15

26,2

24

30,7

2

41

75,7

36

46,1

17

29,7

22

30,6

3

50

90,6

43

47,1

27

34,5

23

31,5

4

38

74,5

43

54,3

17

29,3

28

31,8

5

32

58,5

39

52,5

18

29,1

25

30,3

6

34

66,1

38

48,6

17

26,1

26

32,8

7

40

72,9

39

42,2

15

26,8

25

29,3

8

40

74,5

37

43,4

26

34,4

16

25,6

9

42

81,8

34

45,2

16

26,5

17

24,3

10

38

77,8

34

44,4

20

30,9

25

30,6

11

43

85,4

40

48,3

17

28,4

16

23,6

12

40

77,8

37

44,2

19

31,4

18

25,7

13

46

85,8

42

55,1

28

34,7

18

28,1

14

49

89,2

46

52

24

33,9

19

25,1

15

31

63

45

56,5

17

27,4

28

32

16

46

88

33

37,3

23

34,3

28

33,3

17

38

72

35

43,3

28

34

29

31,2

18

40

71,7

43

51,9

15

24,6

15

24,9

19

41

80,3

44

47,9

26

33,8

15

26,5

20

36

66,5

36

43,1

24

33

30

33

21

39

74,1

33

42,2

19

30,1

16

26,4

22

33

62,8

42

48

18

27,5

16

24,5

23

40

76,8

34

36,5

17

26,7

16

24,6

24

44

79

49

56,1

26

32,7

24

28,7

25

40

73

33

43,1

23

32,7

25

31,4

26

47

91,7

38

49,2

30

33,6

30

35,5

27

50

98,2

37

45,9

29

32,9

15

24,3

28

42

82,6

41

47,2

18

30,5

21

27,5

29

41

74,8

50

59,3

25

34,9

18

27,6

30

45

82,6

31

37,2

20

29,7

23

29,4

31

39

73

46

53,9

18

28,5

30

35,2

32

48

94,1

42

47,8

28

36

17

24,8

33

48

89,1

45

51,2

15

25,6

29

32,8

34

41

81,4

30

38,1

26

33,3

22

29,3

35

38

70,3

32

39,6

23

31

27

32,9

36

49

94,2

47

55,3

29

37

21

28

37

40

71,5

44

55,1

17

29,9

29

32,3

38

50

96,7

41

50,8

18

28,3

25

31

39

46

87,5

49

53,6

26

33,1

18

27

40

32

58,9

43

50,1

22

31,5

17

26,8

41

45

84,4

31

39,1

23

32,7

17

28,1

42

33

60

40

47,5

16

28,7

18

27,8

43

47

90,5

32

37,6

28

34,4

19

28,5

44

41

77,6

50

65,5

24

32,3

20

28,7

45

49

85,5

41

51,7

18

30,7

16

26

46

31

57,5

34

38,5

18

29,2

30

31,6

47

30

52,1

49

52,3

25

33,7

24

30,9

48

37

70,4

40

50,5

27

32,5

30

33,4

49

47

88,3

45

52,3

28

33,8

25

32,3

50

36

63,4

44

48,5

21

30,3

18

27,1

Представленные выборки не содержат анормальных значений, закон распределения исследуемой величины можно считать нормальным. Графически полученные результаты представлены на рисунках.

pic_21.tif

Рис.1. Результаты опытов по оценке усилия корчевания (порода – сосна, грунт – суглинок)

pic_22.tif

Рис.2. Результаты опытов по оценке усилия корчевания (порода – сосна, грунт – песок)

pic_23.tif

Рис. 3. Результаты опытов по оценке усилия корчевания (порода – береза, грунт – суглинок)

pic_24.tif

Рис. 4. Результаты опытов по оценке усилия корчевания (порода – береза, грунт – песок)

При помощи метода наименьших квадратов получены следующие регрессионные модели для оценки усилия корчевания в зависимости от диаметра дерева на высоте 1,3м:

–сосна, суглинок (R2=9,355):

F=1,919d1,3 – 1,412±5,82; (1)

–сосна, песок (R2=7,921):

F=1,5903d1,3+ 18,259±11,18; (2)

–береза, суглинок (R2=8,314):

F=1,0189d1,3+ 7,277±7,585; (3)

–береза, песок (R2=8,650):

F=0,05762d1,3+ 16,396±2,372. (4)

Заключение

Полученные экспериментальные зависимости позволят с достаточной степенью достоверности определить возможность использования деревьев береговой зоны водохранилищ в качестве опор канатной системы устройства для сбора и транспортировки древесины в различных грунтовых условиях.


Библиографическая ссылка

Жук А.Ю. КРИТИЧЕСКИЕ УСИЛИЯ ОПРОКИДЫВАНИЯ ДЕРЕВЬЕВ БЕРЕГОВОЙ ЗОНЫ ВОДОХРАНИЛИЩ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИХ В КАЧЕСТВЕ ОПОР КАНАТНОЙ СИСТЕМЫ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СБОРА И ТРАНСПОРТИРОВКИ ДРЕВЕСИНЫ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 12-2. – С. 258-263;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39401 (дата обращения: 17.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074