The results of a correlation analysis of data obtained during field experiments on the operation of a forest plow with additional rollers-rippers for dumping the soil seams are presented.
reforestation, soil cultivation, forest plow, soil seam, roller ripper, field study, data correlation
Последовательные технологические операции при проведении лесовосстановительных работ первоначально предусматривают расчистку вырубок от пней, порубочных остатков и других препятствий, которые могут помешать качественной работе лесохозяйственной техники. После предварительной подготовки на восстанавливаемой площади по определенной технологии [3, 5] выполняется обработка лесной почвы специальными машинами или орудиями, принцип реализации которой зависит от природно-производственных условий (лесорастительная зона, тип почвы, количество выпадаемых осадков и т.д.) и объема планируемых работ [4].
Для повышения качества и эффективности процесса подготовки почвы в виде микроповышений – пластов под посадку лесных культур по краям борозды как одного из основных факторов, влияющих на приживаемость и развитие растений, в ВГЛТУ разработана конструкция лесного плуга с дополнительными катками-рыхлителями пластов, воздействующими на отваленные почвенные массы (рис. 1).
1 – рама; 2 – ножевой барабан; 3 – лемешно-отвальный корпус;
4 – катки-рыхлители
Рисунок 1 – Лесной плуг для подготовки почвы под посадку лесных культур
в пласт
С целью экспериментальной оптимизации параметров катков-рыхлителей была составлена программа проведения полевых исследований и изготовлен экспериментальный образец разрабатываемого лесного плуга (рис. 2) [1].
1 – навеска орудия; 2 – тензометрическая навеска; 3 – рама; 4 – опорное колесо; 5 – плужный корпус, 6 – каток-рыхлитель, 7 – предохранительная батарея
Рисунок 2 – Экспериментальный образец лесного плуга для проведения
полевых экспериментов
Согласно требованиям к плотности и высоте создаваемых для посадки лесных культур микроповышений с использованием экспериментального оборудования осуществлялся замер:
– тягового сопротивления орудия;
– плотности центральной части отваленного на край борозды пласта после прохода агрегата;
– высоты поперечного профиля отваленного пласта после прохода агрегата.
Конструкция катков-рыхлителей экспериментального образца лесного плуга и агрегатируемый трактор предусматривали возможность варьирования следующих входных параметров в процессе экспериментов:
– угол прикатывания конусов катка aпр (X1);
– число вырезов на дисках катка nвыр (X2);
– поступательная скорость агрегата Vтр (X3).
Граничные интервалы и уровни экспериментальных факторов полевого исследования представлены в табл. 1.
Таблица 1 – Граничные условия исследуемых факторов
|
Фактор |
Единица измерения |
Уровень варьирования |
Интервал варьирования Di, |
||
|
нижний, |
основной, |
верхний, |
|||
|
Угол прикатывания конусов катка aпр |
град. |
30 |
37,5 |
45 |
7,5 |
|
Число вырезов на дисках катка nвыр |
шт. |
8 |
10 |
12 |
2 |
|
Поступательная скорость агрегата Vтр |
м/с |
1,11 |
1,39 |
1,67 |
0,28 |
В итоге, с учетом трех независимых входных факторов, включенных в программу полевых исследований для оценки их влияния на рабочий процесс лесного плуга, кодированная матрица экспериментальной программы из восьми экспериментов имеет следующий вид (табл. 2):
Таблица 2 – Матрица планирования ПФЭ
|
Номер экспери-мента |
|
|
|
Y1, тяговое сопротивление |
Y2, плотность пласта |
Y3, высота пласта |
|
1 |
-1 |
-1 |
+1 |
Y1_1 |
Y2_1 |
Y3_1 |
|
2 |
-1 |
+1 |
-1 |
Y1_2 |
Y2_2 |
Y3_2 |
|
3 |
+1 |
-1 |
-1 |
Y1_3 |
Y2_3 |
Y3_3 |
|
4 |
+1 |
+1 |
+1 |
Y1_4 |
Y2_4 |
Y3_4 |
|
5 |
-1 |
-1 |
-1 |
Y1_5 |
Y2_5 |
Y3_5 |
|
6 |
-1 |
+1 |
+1 |
Y1_6 |
Y2_6 |
Y3_6 |
|
7 |
+1 |
-1 |
+1 |
Y1_7 |
Y2_7 |
Y3_7 |
|
8 |
+1 |
+1 |
-1 |
Y1_8 |
Y2_8 |
Y3_8 |
Полевое исследование рабочего процесса разработанного лесного плуга с дополнительными катками-рыхлителями проводилось на опытном полигоне Учебно-опытного лесхоза ВГЛТУ, и было направлено на определение наименьшего значения тягового сопротивления при достаточной плотности и высоте отваленного почвенного пласта в зависимости от установленных параметров конструкции экспериментального образца (рис. 3).
Рисунок 3 – Результат прохода катка-рыхлителя по отваленному пласту
После реализации запланированной программы исследований для более углубленного изучения перед составлением регрессионных моделей данные полевых экспериментов были подвергнуты корреляционному анализу с целью установления тесноты взаимосвязи между независимыми переменными и выходными оцениваемыми критериями эффективности процесса дополнительного воздействия на почвенный пласт и подтверждения отсутствия мультиколлинеарности между входными факторами [2].
Матрица корреляционного анализа для тягового сопротивления лесного плуга представлена в табл. 3.
Установлено, что среди исследуемых переменных наиболее высокую прямую связь с величиной тягового сопротивления плуга имеет поступательная скорость агрегата (коэффициент корреляции для X3 = 0,564 – заметное значение по шкале Чеддока). Рассчитанный коэффициент детерминации R, равный 0,318, показывает, что изменение Y1 на 32 % объясняется влиянием именно переменной X3. Изменение угла прикатывания конусов катка-рыхлителя aпр в умеренной степени влияет на тяговое сопротивление (значение коэффициента корреляции 0,353). Самая незначительная связь наблюдается между числом вырезов на дисковых вырезных ножах и тяговым сопротивлением плуга (коэффициент корреляции – 0,211).
Матрица влияния входных переменных на плотность почвы в отваленном пласте после прохода катка-рыхлителя с коэффициентами корреляции представлена в табл. 4.
Таблица 3 – Матрица коэффициентов корреляционного анализа для тягового сопротивления Rп исследуемой конструкции лесного плуга
|
|
X1 Угол прикатывания конусов aпр |
X2 Число вырезов на дисковых ножах nвыр |
X3 Поступательная скорость |
Y1ср Тяговое |
|
X1 Угол прикатывания конусов aпр |
1 |
|||
|
X2 Число вырезов |
0 |
1 |
||
|
X3 Поступательная скорость агрегата Vтр |
0 |
0 |
1 |
|
|
Y1ср Тяговое |
0,353058 |
0,21092 |
0,563935058 |
1 |
Таблица 4 – Матрица коэффициентов корреляционного анализа для плотности почвы rпл после прохода катка-рыхлителя
|
|
X1 Угол прикатывания |
X2 Число вырезов на дисковых ножах nвыр |
X3 Поступательная скорость |
Y2ср Плотность почвы rпл |
|
X1 Угол прикатывания конусовaпр |
1 |
|||
|
X2 Число вырезов ножах nвыр |
0 |
1 |
||
|
X3 Поступательная скорость |
0 |
0 |
1 |
|
|
Y2ср Плотность почвы rпл |
0,051118811 |
0,79345285 |
-0,197807573 |
1 |
Было установлено, что высокую тесноту связи с плотностью почвы в отваленном пласте имеет число вырезов на дисковых вырезных ножах (значение коэффициента корреляции с прямой связью 0,793), объясняя на 63 % вариабельность Y2 при изменении X2 (согласно значению коэффициента детерминации R = 0,629). Слабую обратную связь имеет плотность почвы и поступательная скорость агрегата (коэффициент корреляции -0,198). Угол прикатывания конусов практически не влияет на плотность пласта (коэффициент корреляции – 0,051). Это можно объяснить взятием замеров в центральной части отваленного пласта, тогда как конусные уплотнители больше воздействуют на края почвенных масс и уплотняя их именно там.
В табл. 5 представлены результаты корреляционного анализа по влиянию входных переменных X на среднюю высоту отваленного пласта после прохода катка-рыхлителя. Наибольшее влияние на высоту пласта оказывает поступательная скорость агрегата (значение коэффициента корреляции с прямой связью 0,746 – высокая теснота связи, коэффициент детерминации R = 0,556).
Между числом вырезов на дисковых ножах катка-рыхлителя и высотой пласта обратная слабая связь (коэффициент корреляции -0,012), поэтому из дальнейшего регрессионного анализа результатов эксперимента данный фактор X2 целесообразно исключить. В то же время угол прикатывания конусов aпр оказывает умеренное обратное влияние на высоту формируемого пласта как микроповышения (коэффициент корреляции -0,387), т.е. с увеличением угла прикатывания aпр средняя высота поперечного профиля пласта уменьшается.
Таблица 5 – Матрица коэффициентов корреляционного анализа для высоты пласта hпл после прохода катка-рыхлителя
|
|
X1 Угол прикатывания конусов aпр |
X2 Число вырезов на дисковых ножах nвыр |
X3 Поступательная скорость агрегата Vтр |
Y3ср Высота пласта hпл |
|
X1 Угол прикатывания конусов aпр |
1 |
|||
|
X2 Число вырезов |
0 |
1 |
||
|
X3 Поступательная скорость |
0 |
0 |
1 |
|
|
Y3ср Высота пласта hпл |
-0,386680025 |
-0,012483492 |
0,746389541 |
1 |
1. Adler Yu.P. Planirovanie eksperimenta pri poiske optimal'nyh usloviy / Yu.P. Adler, E.V. Markova, Yu.V. Granovskiy. – 2-e izd., pererab. i dop.. – M: Nauka, 1976. – 280 s. EDN: https://elibrary.ru/TOBZDM
2. Bavrina A.P. Sovremennye pravila primeneniya korrelyacionnogo analiza / A.P. Bavrina, I.B. Borisov // Medicinskiy al'manah. – 2021. – № 3(68). – S. 70-79. EDN: https://elibrary.ru/TPSSIX
3. Drapalyuk M.V. Struktura rabochego vremeni korchevaniya nezhelatel'noy rastitel'nosti / M.V. Drapalyuk, V.N. Korotkih, A.A. Platonov // Tehnologii v bioekonomike: innovacii i vyzovy v XXI veke: Materialy Mezhdunarodnogo foruma, Voronezh, 28-30 maya 2025 goda. – Voronezh: Voronezhskiy gosudarstvennyy lesotehnicheskiy universitet im. G.F. Morozova, 2025. – S. 69-75. – DOIhttps://doi.org/10.58168/TBiEc2025_69-75. EDN: https://elibrary.ru/IKGLTU
4. Druchinin D.Yu. Osobennosti raboty lesohozyaystvennoy tehniki na vyrubkah / D.Yu. Druchinin, E.V. Pozdnyakov // Hvoynye boreal'noy zony. – 2019. – T. 37, № 6. – S. 448-454. EDN: https://elibrary.ru/DMOUSX
5. Sovershenstvovanie tehnologiy i tehniki dlya raschistki ploschadey ot nezhelatel'noy drevesno-kustarnikovoy rastitel'nosti / M.V. Drapalyuk, V.N. Korotkih, A.A. Platonov [i dr.] // Lesa Rossii i hozyaystvo v nih. – 2025. – № 3(94). – S. 136-146. – DOI:https://doi.org/10.51318/FRET.2025.94.3.014. EDN: https://elibrary.ru/RNOFGI
