Экологичность лесотранспортных машин

Понятие об экологии. Современное учение о биосфере, основа которого была заложена русским академиком В. И. Вернадским, представляет биосферу как специфическим образом организованное единство всего живого и минеральных элементов. В происходящем в биосфере круговороте веществ, энергии и особей участвуют все населяющие ее организмы. Проблемой охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов при функционировании машин и лесозаготовительного оборудования занимаются экологи. Экология изучает взаимосвязь организмов между собой и окружающей их средой. Любой элемент среды, способный оказать непосредственное влияние на живые организмы, а также на характер их взаимоотношений друг с другом, называют экологическим фактором. Понятие экологическая эффективность, применяемое в исследовании экосистемы, вероятно, можно применять для оценки взаимодействия и экологической совместимости лесных машин с окружающей средой.
Для оценки отрицательного влияния машин на окружающую среду необходимо проводить экологическое проектирование взаимодействия системы «лесная машина-технология-среда» с учетом всех необходимых связей и реализации целенаправленного функционирования конкретной машины. Воздействие всякой лесной машины на окружающую среду связано с двумя видами ее изменений: упорядоченными, приводящими к появлению структур и процессов, благоприятно воздействующих на среду, и разрушительных, вызывающих необратимые изменения в среде. Обычно функционирование лесосечных машин сопровождается проявлением неупорядоченности системы «машина-среда», для определения которой используется понятие неопределенности состояния системы — энтропия (entropia — поворот, превращение). Большинство связей системы «лесотранспортная машина — среда» реализуются возрастанием энтропии. Применение лесотранспортных машин должно вызывать минимальное возрастание энтропии, которая считается важнейшей экологической характеристикой функционирования системы «лесотранспортная машина-среда».
Загрязнение окружающей среды вредными веществами. В камере сгорания двигателя лесотранспортных машин в процессе сгорания топлива синтезируются ядовитые вещества и выбрасываются с продуктами сгорания в атмосферу. В таких отработанных газах содержится свыше 200 вредных компонентов, из них около 160 углеводородов.
Работа лесотранспортной машины сопровождается интенсивным шумом и вибрациями. В процессе функционирования лесотранспортных машин выделяются продукты износа металла, пластмасс, резинотехнических изделий, дорожного покрытия, которые с отработанными газами составляют около половины атмосферных выбросов антропогенного происхождения, а при их техническом обслуживании остаются нефтепродукты и загрязненные производственные сточные воды. Следовательно, лесотранспортная машина является источником загрязнения окружающей среды.
Поступившие в атмосферу вредные вещества, воздействующие на человеческий организм при контакте с поверхностью кожи и слизистой оболочкой, оказывают различное влияние. Группа веществ, в которую входят азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ, не обладает токсичностью. Окислы азота, окись углерода, некоторые разновидности углеводородов, альдегиды, формальдегиды весьма токсичны и их воздействие на организм человека вызывает ухудшение общего состояния здоровья, воспаление дыхательных путей, астму, эмфизему и другие заболевания. Особенно опасны для здоровья полициклические ароматические углеводороды бенз-а-пирен или 3,4 бенз-а-пирен, которые, в основном, образуются при неполном сгорании топлива и обладают канцерогенными свойствами.
Вредные вещества из атмосферы, попадая в почву, отрицательно влияют на ее биологическую активность, химический состав растворов и органические вещества. Находящиеся в атмосфере, почве и растениях вредные вещества поражают животных через дыхательные пути и проникают в организм вместе со съедобными запыленными растениями.
Увеличивается загрязнение окружающей среды нефтепродуктами и производственными сточными водами. Отработанные нефтепродукты, согласно ГОСТ 21046-86, в зависимости от целевого назначения подразделяются на группы. Моторное и трансмиссионное масло, применяемое в технологическом оборудовании, должно собираться при техническом обслуживании машин для повторного использования после регенерации. Промышленностью выпускаются установки для очистки производственных сточных вод по замкнутому циклу с использованием высокоэффективных нефтепоглощающих материалов.
До сих пор не найдены эффективные средства снижения загрязнения окружающей среды от продуктов износа шин.
Шумовое загрязнение. Лесотранспортные машины являются источником шумового загрязнения воздушной среды. При движении лесовозного автопоезда шум в основном создают двигатель, механизмы трансмиссии, глушитель, шины. Кроме этого, в результате взаимодействия колес с дорогой, колебательных явлений подрессоренных и неподрессоренных масс, воздействия аэродинамических сил возникают вибрации и шум. Вибрации вызывают неприятные ощущения, преждевременное утомление, ощущение дискомфорта. Уровень шума обуславливается интенсивностью, скоростью и характером транспортного потока. Если уровень шума выше предельных значений, то происходит перегрузка нервной системы человека, и как следствие — ослабление внимания, снижение точности работы и остроты реакции, затрудняется восприятие информации.
В качестве основной характеристики внешнего шума, создаваемого грузовым автомобилем, принят уровень звука, который не должен превышать 85...92 дБА. Для внутреннего шума приняты ориентировочные значения допустимых уровней звукового давления в активных полосах частот. Введенный в действие в 1989 г. ГОСТ 27435-89 ограничил допустимый уровень внутреннего шума грузовых автомобилей до 82 дБА. В тракторных кабинах ГОСТ ССБТ 12.1.003.83 уровень шума установлен 85 дБА.
Однако, доказано, что шум до 80 дБА практически безопасен, свыше 80 дБА — нежелателен, свыше 85 дБА — опасен. В этой связи ведущие фирмы мирового автотракторостроения продолжают интенсивный поиск путей снижения шума и вибрации машин. В кабинах автомобиля КамАЗ уровень шума находится в пределах 81...82 дБА, а в кабинах лучших современных грузовых автомобилей уровень шума составляет: «Мерседес-Бенц 2238» — 75; «Вольво-1227» — 73; «Скания 142Н» — 77 дБА.
Экологическая совместимость системы «движитель-лесная почва». Параметры, показатели и технические решения, отражающие технический уровень лесотранспортных машин и созданных на их базе лесосечных машин, в большой мере определяют сохранение на лесосеке почвенного слоя и плодородия; содействие естественному лесовозобновлению с сохранением подроста разных групп и молодняка.
Рассматривать лесную почву как среду, обеспечивающую только реализацию силы тяги машины в зоне контакта движителя с почвой и функцию несущего основания, недостаточно. Опорная поверхность машины, работающей в лесу, является сложной биологической средой, обладающей плодородием, без которого невозможно возобновление леса. Лесная почва — продукт длительных, весьма сложных процессов, протекающих в природе на протяжении многих тысячелетий. Толщина слоя лесной почвы составляет 20...30 см. Пока не разработаны модели экологической совместимости системы «движитель-лесная почва» для лесотранспортных машин. Известно, что движитель при движении трактора оказывает уплотняющее воздействие на почву, которое оценивается плотностью (кг/м3) и является одним из основных параметров, характеризующих ее плодородие. Следует отметить, что плотность почвы включена в ГОСТ 7057-84 как основной оценочный показатель воздействия на почву. Исследователи тракторов сельскохозяйственного назначения для установления экологической совместимости системы «движитель-почва» применяют «показатель воздействия движителя на почву». Установлена функциональная связь с показателем воздействия таких параметров почвы как плотность, скважность, влагоемкость, пористость, биологическая активность, наличие массы корневой системы. Плотность почвы в следах движителя зависит от давления движителя и числа проходов машин, даже после одного прохода энергонасыщенного трактора К-701 (давление движителя у которого значительно меньше, чем у трелевочного К-703) плотность пахотного слоя в следе на подзолистой почве увеличивается на 21...33%.
Движители колесных и гусеничных лесотранспортных машин вертикальным и горизонтальным силовым воздействием разрушаю почвенный покров, особенно при многократных проходах, по образующимся клеям в период ливневых дождей устремляются селевые потоки, превращая их в овраги и ущелья. С взрыхленного движителем машины участка лесосеки за время только одного дождя может быть смыт слой почвы толщиной 5...10 см, для восстановления которого потребуется около 1000 лет, так как по расчетам почвоведов за 100...150 лет образуется слой почвы около 1 см. Снижение вредного воздействия движителя современной машины на лесную почву, особенно в горных условиях, требует больших трудозатрат. Например, перед трелевкой трелевочный волок укрепляется порубочными остатками, возникающие очаги водной и ветровой эрозии засыпают почвой.
Уменьшить и даже полностью исключить уплотнение и эрозию лесной почвы движителем, т. е. достичь экологической совместимости системы «движитель-лесная почва», можно снижением давления движителя на почву, ограничением касательной силы тяги и применением современных механизмов поворота.