автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Повышение эффективности процесса окорки пиленых лесоматериалов гибкими рабочими органами

Крисько Алексей Сергеевич

На правах рукописи

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ОКОРКИ ПИЛЕНЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ ГИБКИМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ

Специальность 05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск 2003 г.

Работа выполнена в Сибирском государственном технологическом университете

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент,

Грязнов Ю. П.1

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор,

Козинов Г. Л.

- кандидат технических наук, доцент, Гуслицер И.И.

Ведущее предприятие - ОАО Сибирский научно - исследовательский

институт лесной промышленности (СибНШ-ЫП)

Защита диссертации состоится /Оок^к^^з 2003 г. в (Ь^часов на заседании диссертационного совета Д 212.253.04 в Сибирском государственном технологическом университете по адресу 660049 г. Красноярск, пр. Мира 82, СибГТУ, аудитория №__

Просим Ваши отзывы на автореферат направлять в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу 660049 г. Красноярск, пр. Мира 82, СибГТУ, диссертационный совет Д 212.253.04, ученому секретарю

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибГТУ. Автореферат разослан « Ч » "7 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

А.В. Мелешко

2.00

13725-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное состояние лесопромышленного комплекса характеризуется ростом дефицита сырьевых ресурсов, затрат на добычу, транспортировку и переработку древесины. Как следствие, происходит увеличение стоимости древесины и продуктов ее переработки, что вынуждает искать пути создания технологий, применение которых позволит оставшиеся отходы от цехов лесо-шпалопилеыия пустить на производство дополнительной продукции. Например, отходы (сегментного типа) применяются при выработке -тарной дощечки, клепки, черновых мебельных и строительных заготовок, товаров народного потребления, изделий производственного назначения, обапола и технологической щепы. Потребление пиломатериалов на внутреннем рынке России, составляющее 52 млн м3 в 199В г., увеличилось к 2001 г. до 61 млн м3, потребление шпальной продукции за 2001 г. составляло 20,4 млн шт. При этом объемы отходов составили около 20 млн м". Технологическая щепа, выработанная из этого сырья, после соответствующей ее очистки найдет применение не только при производстве различного вида плит, арболита, гидролизной продукции, но и целлюлозы, а также бумаги и картона. К основному фактору, сдерживающему рост объемов производства и широкое использование мелких пиломатериалов и технологической щепы, выработанной из отходов, относится проблема засоренности корой. Сложность решения вопроса отделения коры с поверхности лесоматериала сегментного типа состоит в том, что сырье, поступающее на окорку, имеет сложную геометрическую форму, размеры, изменяются в широких пределах. Имеющееся в настоящее время окорочное оборудование не позволяет производить качественную, с допустимыми потерями, окорку.

В свете вышесказанного, решение вопроса окорки отходов лесо-шпалопиления представляет практический интерес. Окорка вторичного сырья сегментного типа полученное от лесо-шпалопиления, позволит широко использовать отходы, ранее применявшееся в основном лишь в качестве топлива. Эти мероприятия позволят в значительной мере повысить эффективность использования древесных ресурсов, что увеличит прибыль лесной отрасли, послужит максимальному сохранению лесных массивов.

Цель работы. Разработать и обосновать режимы технологического процесса окорки отходов лесо-шпалопиления (сегментного типа) гибкими рабочими органами с учетом размерно-качественных характеристик предмета труда и физико-механических свойствах коры.

Научная новизна. Теоретически определены и экспериментально подтверждены параметры гибкого рабочего органа при удалении коры с поверхности лесоматериала. Выявлены экспериментальными исследованиями свойства коры сосны и лиственницы применительно к процессу окорки гибкими рабочими органами. Определены ранее не изученные физико-механические свойства коры при варьировании различных факторов.

¿'ОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ |

БИБЛИОТЕКА |

Научные положения, выносимые на защиту. Результаты исследований физико-механических свойств коры, математическая модель процесса внедрения гибкого рабочего органа в лесоматериал. Рекомендуемая форма и размеры гибкого рабочего органа, режимы работы установки, данные экспериментов по окорке гибкими органами отходов лесоматериалов сегментного типа.

Практическая ценность.

1. Проведенными экспериментальными исследованиями доказана перспективность технологии окорки гибкими рабочими органами отходов лесо- шпалопиления (сегментного типа).

2. При выборе рабочего органа и режимов работы установки проведены исследования физико-механических свойств коры сосны и лиственницы при ориентации по осям анизотропии, результаты которых применяются при расчете лесоперерабатывающего оборудования:

а) коэффициенты трения коры но стали;

б) предел прочности коры при скалывании.

3. Разработана методика расчета силовых параметров. Определены режимы работы установки и конструкции гибких рабочих органов при обработке пиленых лесоматериалов, обеспечивающие максимальную степень удаления коры с поверхности.

Апробация. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях по итогам научно-исследовательских работ за 2000 - 2002г. в Сибирском государственном технологическом университете (г. Красноярск), на международной научно - практической конференции, посвященной 100 летию со дня рождения В.Е. Печенкина в Марийском государственном технологическом университете (г. Йошкар-Ола, 2001г.).

Реализация работы. Разработаны рекомендации по расчетам параметров установки окорки гибкими органами отходов лесо-шпалопиления сегментного типа и режимов ее работы.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 7 работах, перечень которых приведен в конце реферата.

Структура и объем работы. Диссертация написана на 188 страницах машинописного текста, включает 22 таблицы и 63 рисунка, содержит введение, пять разделов, заключение, список использованных литературных источников и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определена актуальность темы диссертационной работы и обоснована ее цель, научная новизна, выносимые на защиту основные положения.

В первом разделе рассмотрено состояние вопроса по литературным источникам, показана актуальность, определены цели и задачи исследований.

Полученные в процессе лесопиления и шпалопиления отходы в большей своей части получаемые в результате переработки лесоматериалов на нижнем складе остаются невостребованными. Эти отходы (рейки, горбыли), как известно, являются частью пиловочных бревен, которые содержат минимальное количество

сучков и других пороков древесины. Отходы лесо-шпалопиления - сырье для дальнейшей переработки на мелкие пиломатериалы и технологическую щепу. Полученная из отходов лесопиления технологическая щепа имеет высокое качество, значительно повышающее эффективность процесса варки целлюлозы. Заболонь обладает более высокой скоростью пропитки варочной жидкостью и обладает свойствами обеспечивающими удаление смолистых веществ. Эти показатели характеризуют отходы как наиболее ценное технологическое сырье для выработки целлюлозы.

До 40% отходов лесо-шпалопиления не используются в дальнейшей переработке из-за содержания коры. Окорка сегментных лесоматериалов позволит широко использовать сырье, полученное из отходов лесо-шпалопиления, что повысит эффективность использования древесины. Большинство лесоперерабатывающих предприятий не применяют централизованную окорку шпальных кряжей и пиловочника, поскольку традиционные способы окорки энергоемки, капиталоемкие и не используются мелким и средним производителем. Наиболее рациональным способом окорки, нашедшим широкое применение за рубежом, является окорка с использованием гибких рабочих органов.

Сущность способа заключается в различии прочностных свойств древесины и коры. Лесоматериал подается механизмом подачи в зону вращения гибких рабочих органов (цепей). За счет прижатия звена цепи центробежной силой к не окоренной поверхности лесоматериала происходит взаимодействие окаривающей поверхности цепи с корой, которая разрушается с отделением частиц от древесины.

Проведен анализ исследований в области изучения физико-механических свойств коры сосны и лиственницы. Исследованиями М.Н. Симонова. Ю.П. Бойкова, С.П. Попеко, Н.Ф. Пигильдина, Б.Н. Уголева определены средняя плотность, влажность, пределы прочности коры при скалывании. Необходимо отметить, что все эти исследования проводились без учета анизотропности коры, в узком диапазоне варьируемых факторов. Отсутствуют данные о величине коэффициентов трения коры по стали, напряжений скалывания в зависимости от деформации и влажности.

Во втором разделе рассмотрено взаимодействие гибких рабочих органов с поверхностью сегментного лесоматериала. Предлагается использовать в качестве гибких органов - цепи согласно ГОСТ 2319 - 70 «Цепи сварные круглозвенные грузовые и тяговые нормальной прочности». Было рассмотрено три типоразмера рабочих органов с шириной цепи равной 21, 27, 34 мм.

Для снижения вибрационной нагрузки и качественного удаления коры с поверхности лесоматериала, необходимо располагать гибкие органы для криволинейной поверхности сегмента в два ряда с двойным перекрытием, по винтовой линии.

Для определения степени окорки рассчитали теоретически оставшиеся не окоренные площади по рисунку 1. Степень окорки достигает до 97% при толщине коры 10 мм и шириной цепи равной 21 мм.

Рисунок 1 - Схема расположения звеньев цепи с полным охватом

поверхности горбыля где: 1 - второй дополнительный ряд цепей;

2 - первый ряд цепей;

3 - не окоренные участки.

Не окоренные участки представляют собой вид криволинейной фигуры ограниченной двумя окружностями и прямой (рисунок 2).

криволинейными фигурами

Площадь этой области определяется по формуле:

гл

5 = Гц2-{х-гц2)+гц^

О

2

После преобразований получаем: ^ = 0,05 Тц Общая площадь не окоренных участков составляет:

= £ X П X к2 з ^

где: П - число не окоренных участков в поперечном сечении;

к2 ~ поправочный на кривизну лесоматериала коэффициент, К2=1Д.

Было рассмотрено взаимодействие гибкого органа с образцом в продольном сечении. На рисунке 3 представлена картина движения лесоматериала за один оборот вала.

05 04 0.) 02 0, /' ' •

Рисунок 3 - Схема взаимодействия рабочего органа в продольном сечении с образцом

За один оборот вала при толщине коры h удаляется участок коры (1) с поверхности лесоматериала (2) равный площади криволинейной фигуры ABC (рисунок 4). Так же остаются незначительные не окоренные площадки (3).

У

Рисунок 4 - Расчетная схема по определению площади криволинейной фигуры ABC

Площадь Sx равна сумме площадей S2 и

7lR2

:{a-R)

+

:4AR

2-к2

+

R arcsin

4A¥

4 2

где к - величина надвигания за один оборот вала;

2 R

(3)

Определены напряжения в зоне контакта звена цепи с предметом труда. Расчетная схема для выделения элемента в зоне контакта представлена на рисунке 5. Составлены уравнения равновесия с проектированием всех векторов напряжений на оси координат.

Рисунок 5 - Расчетная схема деформирования

где: 1 - звено цеии; 2 - участок коры;

Рц - центробежная сила, Ь - высота внедрения до центра радиуса цепи; Ь0 - полная высота внедрения звена цепи; г - радиус закругления цепи; рг -

радиус зоны деформации; &Р-> - элементарная контактная площадка; Р,<Р- расстояние до контактной площадки.

Сила разрушения от внедрения круглозвенного звена цепи, представляет сумму сил - центробежной силы Рц, силы трения Ргр и составляющая от касательных напряжений по поверхности - сила Рк _

Рр ~ ?тр + Рц + Р к'

ТР

При взаимодействии гибких рабочих органов с не окоренной поверхностью сегментного лесоматериала, звено цепи внедряется в кору и разрушает ее преимущественно в плоскости камбия и луба при воздействии центробежной силы.

Сделаем допущение, при числе оборотах вала 600 об/мин и выше гибкие рабочие органы представляют собой жесткую связь

& У ti

Г* Г/ / 1Гц V/ \ : А1 Г* ~ н.

Р, 1

Рисунок 6 - Схема разложения центробежной силы и трения

Рц + FTP = 4 mR(m)2 (eos« х ¡л + sin а\ (6)

где: /J - коэффициент трения, сталь по коре;

п - частота вращения окорочной головки, с"1.

В зоне контакта, на разрушение коры одной из составляющей является касательная сила Fк '■

к/ /2

FK = 7iS6 Jjrr| sin 2 (pdcp, ?

o

<?e

где ¿ - площадь контактируемои части звена цепи;

- касательное напряжение или напряжение сдвига.

Суммарное усилие разрушения составляет

'А

FP =4тЛ(/ш)2 (cosa xju + sin а)+л8в Jr| sin2

0 (8)

Для проверки выдвинутых теоретических предпосылок проводились исследования физико-механических свойств коры сосны и лиственницы.

Третий раздел содержит экспериментальные исследования.

Первая часть третьего раздела содержит результаты экспериментальных исследований по определению физико-механических свойств коры сосны и лиственницы, знание которых необходимо для расчетов по зависимости (В).

Поскольку кора имеет слоисто-чешуйчатое строение, то все исследования физико-механических свойств коры проводились с учетом ее анизотропии. Изготовлялись образцы с ориентацией чешуек «радиальное» (1), «осевое» (2) и «тангентальное» (3) (рисунок 7).

Рисунок 7 - Ориентация образцов относительно осей анизотропии

При подаче сегментного лесоматериала в зону действия гибких рабочих органов, на участок коры действует сила разрушения, которая состоит так же из силы трения, поэтому необходимо определить величину коэффициента трения и его изменчивость в зависимости от ряда факторов (влажности, удельного давления). Экспериментальным путем определялся коэффициент трения коры по стали. Была изготовлена экспериментальная установка, схема которой представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Принципиальная схема установки для исследования силы

Работа установки заключалась в следующем: в зажимное устройство закреплялся образец коры (2). Зажимное устройство в свою очередь связано с тензобалкой (4) и рычагом (3). Рычаг служит для создания нормального давления (Р) в различных пределах. Поверхность трения (1) представляло собой стальную станину, которая передвигается относительно образца коры. При этом сила трения вызывает перемещение зажимного устройства и ведет к изгибанию тензобалки (4), что изменяет сопротивление тензодатчиков закрепленных на ней. Изменение сопротивления тензодатчиков фиксируется пером самописца «Эндим 620.02». данные экспериментов приведены в таблице 1.

трения

Таблица 1 - Результаты экспериментов

Ориентация Влажность, Коэффициент трения коры по стали

относительно осей % Удельное давление МПа.

анизотропии 0,8 1,16 1,61

Сосна

7 0.145 0,138 0,133

Осевое 53 0,362 0,315 0,326

70 0,390 0,356 0,341

78 0,346 0,345 0,318

7 0,163 0,151 0,124

Тангентальное 24 0,346 0,335 0,279

66 0,365 0,356 0,287

75 0,396 0,367 0,310

7 0,176 0,162 0,147

Радиальное 41 0,333 0,330 0,335

63 0,365 0,304 0,302

76 0,333 0,281 0,287

Лиственница

7 0,166 0,164 0,170

Осевое 23 0,333 0,283 0,311

36 0,374 0,337 0,333

69 0,301 0,271 0.259

7 0,188 0,164 0,170

25 0,345 0,304 0,282

Тангентальное 38 0,377 0,336 0,334

58 0,396 0,304 0,279

78 0,308 0,300 0,262

7 0,163 0,248 0,248

28 0,365 0,302 0,276

Радиальное 45 0,377 0,345 0,295

60 0,362 0,313 0,271

73 0,330 0,291 0,248

Для исследованных образцов коэффициент трения коры по стали находится в пределах 0,133 - 0,396. При одинаковом удельном давлении коэффициент трения по стали увеличивается с увеличением влажности. Вода действует на кору как пластификатор, делая кору более эластичной. С увеличением влажности кора делается менее прочной. Это приводит к тому, что при контактировании поверхность коры со сталью микровыступы на ее поверхности более интенсивно подвергаются смятию и срезу (как менее прочные), что увеличивает поверхность трения (пятно контакта). Это обстоятельство вызывает увеличение сил и коэффициента трения, причем, чем выше влажность, тем больше коэффициент трения.

С увеличением удельной нагрузки коэффициент трения в рассмотренных случаях уменьшается. Это объясняется уменьшением деформаций смятия. На границах этих зон возникают значительные напряжения смятия или среза в плоскости действия силы трения. При увеличении удельной нагрузки размеры зон непосредственного трения увеличиваются. Увеличение контактных зон сопровождается уменьшением доли граничного смятия и среза, что приводит к уменьшению силы и коэффициента трения.

При анализе зависимости (8) видим, что в очаге деформации происходит процесс скалывания. Скалывание может происходить как по лубу, так и непосредственно по чешуйкам коры. Данные по скалыванию коры по лубу известны. Предел прочности при скалывании по чешуйкам определим в ходе опытов (рисунок 9).

Рисунок 9 - Схема установки для определения пределов прочности коры на скалывание

Образец (1) закладывался в зажимное устройство (2). Включался привод машины. Пуансон (3) производил скалывание участка образца коры. Результаты экспериментов представлены на рисунке 10.

} 5^Предел прочности на скалывание, МПа

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

х х к х Сосна, осевое ^—!—I—ь Сосна, тангентальное □ □ □ □ Сосна, радиальное вини Лиственница, осевое о о » о Лиственница, тангентальное »- * * » Лиственница, радиальное

Рисунок 10 - Зависимость предела прочности коры на скалывание от ориентации отдельно осей анизотропии и влажности

Предел прочности на скалывание коры изменяется: для сосны - от 0,23 до 0,66, для лиственницы - от 0,52 до 1,43 МПа. С увеличением влажности

напряжение скалывания уменьшается для всех направлений относительно осей анизотропии.

Как было установлено - качество окорки зависит от толщины коры. Для этого были проведены экспериментальные исследования. Хлысты мерной лентой разбивались на метровые участки, далее мерной вилкой измерялся диаметр хлыста в коре, ножовкой выпиливался участок коры до луба и линейкой измерялась толщина. Результаты экспериментов представлены на рисунке 11.

Диаметр ствола, см

Я лиственница Д сосна

Рисунок 11 - Зависимость толщины коры от диаметра ствола

Полученные данные обрабатывались методом наименьших квадратов для получения зависимостей вида Ь = Г (с1с), где Ь - толщина коры, см; ёс- диаметр хлыста, см. Толщина коры определена по эмпирическим зависимостям от диаметра ствола <1с для каждой породы.

Лиственница:

11=0.0 Шс2+0.05с1с (9)

Сосна:

Ь=0.093ас2+0.005с1с (10)

Для разработки параметров окорочной установки необходимо знать геометрические размеры предмета труда, для чего были проведены замеры полученных сегментных лесоматериалов хвойных пород лиственницы и сосны после распиловки сортиментов в лесопильном и шпалорезных цехах. Мерной лентой измерялись ширина, высота, длина дуги (в коре).

В результате лесопиления ширина горбыля = 0.158м., высота =0.021 м., длина дуги = 0.162м.; от шпалопиления соответственно 0.242, 0.34, 0.261 м. Среднее значения площадей поверхности требующей окорки составили: от цеха лесопиления 0,86 м2; от цеха шпалопиления 0,765 м2 .

Для проверки адекватности математической зависимости (8) была проведена серия опытов по внедрению звена цепи в образец не окоренного

лесоматериала. Схема установки представлена на рисунке 12. Определялись усилия при внедрении звена цепи в образец коры различной влажности.

со

Рисунок 12 - Схема установки по определению усилия разрушения коры

Работа установки заключась в следующем: на вращающемся валу (3) закреплена тензобалка (2), на которой закреплено звено цепи (1). При вращении вала, звено цепи разрушает кору образца сегментного лесоматериала (4) под действие силы Б.

Производился расчет действующей силы по зависимости (8) с использованием данных о физико-механических свойствах коры, полученных экспериментальным путем.

В ходе расчетов и проверки по критерию Фишера уравнение (8) было признано адекватно описывающим физическую сущность процесса окорки.

Четвертый раздел содержит результаты экспериментальных исследований процесса окорки сегментных лесоматериалов.

Для проведения исследований режимов окорки и факторов влияющих на ее качество, была создана экспериментальная установка. Схема установки представлена на рисунке 13. Экспериментальная установка смонтирована на основе универсального фрезерного станка. Была произведена замена шпинделя на горизонтальный вал. Гибкие рабочие органы закреплены на вращающемся валу и расположены в два ряда по винтовой траектории.

сегментных лесоматериалов

Где: 1 - гибкие рабочие органы (цепи); 2 - горизонтальный вал; 3 - участок не окоренного образца; 4 - струбцина; 5 - стол подачи; 6 - участок окоренного образца.

Цепи установлены так, чтобы происходило перекрывание обрабатываемой поверхности лесоматериала. Более того, сами цепи выполнены сменными.

Работа установки заключается в следующем: образец горбыля закрепляется струбцинами на столе подачи (5), включается электродвигатель для вращения вала (2) с гибкими рабочими органами (1) и привод подачи стола. Образец подается встречно вращению гибких рабочих органов (цепей). При этом происходит сбивание цепями коры с лесоматериала.

При проведении экспериментов использовались методы факторного планирования и вариационной статики. Многофакторный эксперимент по планам В. 3. Бродского был принят в качестве основного метода получения математического описания процесса окорки отходов лесо-шпалопиления гибкими рабочими органами. Целью экспериментов являлось получение окоренного горбыля с минимальным количеством коры, выявление факторов, режимов окорки и их влияние на процесс удаления коры.

В ходе экспериментов варьировались следующие факторы:

1. Тип цепи. Применялось три вида отрезков цепей с различными геометрическими параметрами (шириной, шагом и калибром) с двойным перекрытием. Отрезки гибких рабочих органов принимались согласно ГОСТа 2319 - 70, как «цепи сварные круглозвенные грузовые и тяговые, нормальной прочности».

2. Влажность горбыля, % (в интервале 40 -120 %).

3. Линейная скорость вращения, м/с (в интервале 14-22 м/с).

4. Скорость подачи, м/с (в интервале 0.1 - 0.3 м/с).

Стабилизированные факторы:

1. Температура. Фиксировалась на уровне +18 °С. Стабилизация этого фактора обусловлена тем, что изменение температуры в плюсовом диапазоне не приводит к изменению физико-механических свойств предмета труда.

2. Породный состав. Так как при выполнении работы изучались только светлохвойные породы (сосна, лиственница), то именно они были включены в опыты по окорке. Для экспериментов брались реальные отрезки горбыля длинной равной 1м, вырабатываемые из отходов лесопиления указанных выше пород.

3. Кратность окорки. Была установлена равная единице. Поскольку предыдущими исследованиями доказано, что при однократном проходе лесоматериала качество окорки достаточное.

В результате обработки данных экспериментов была получена зависимость, адекватно описывающая процесс окорки отходов сегментного типа, с выходным параметром У - степень окорки (выраженная в процентах отношением объемов удаленной коры к объему коры на поверхности лесоматериала).

У =102,67 - 5,117А - 8.67А2 + 10,042Ш -9,4\У2

- 2,708и- 4,5и2 - 3,225ип , (И)

где: А - тип цепи, «цепь» 1 - А=0, «цепь» 2 - А=1, «цепь» 3 - А=2; \¥- влажность горбыля, %, в интервале от 40 до 120 %; и - линейная скорость вращения, м/с, в интервале от 14 до 22 м/с; 1Лп ~ скорость подачи лесоматериала, м/с, в интервале от 0.1 до 0.3 м/с.

По полученным результатам оказалось, что «цепь» 2 обеспечивает большую степень окорки, чем «цепь» 1 и «цепь» 3.

Были определены для качественной окорки следующие параметры установки: «цепь» 2. влажность 120%, скорость подачи лесоматериала 0.1 м/с, линейная скорость вращения гибких рабочих органов 18 м/с.. При полученных параметрах, кора удаляется с горбыля до 99%. Такая влажность лесоматериала соответствует только при распиловке сплавной древесины. Увлажнение лесоматериалов до такой влажности - потребует значительных затрат времени и средств. Для этого необходимо наличие бассейна, а в зимний период необходим еще и подогрев и т.д. средняя влажность лесоматериала, непосредственно после распиловки, составляет 75% (по результатам замеров проводимых в ходе распиловки пиловочника в Чунском ЛПХ). При этой влажности был проведен ряд дополнительных опытов по окорке лесоматериала. Поддерживались следующие параметры установки: «цепь» 2, линейная скорость вращения рабочих органов 18 м/с, скорость подачи лесоматериалов 0,1 м/с. Оказалось, что при окорке лесоматериала без его предварительного замачивания при средней влажности 75% степень окорки составляет 98%. Такие параметры установки соответствуют требованиям по выработке обапола, технологической щепы Ц 3. При этом потери древесины составляют 0,5%.

В пятом разделе рассмотрены вопросы применения технологии окорки гибкими рабочими органами отходов лесо-шпалопиления для дальнейшего производства технологической щепы. Приведена оценка экономической эффективности путем сравнения вариантов технологии выработки технологической щепы из не окоренного горбыля и из окоренного на окорочной установки гибкими органами. Экономический эффект при использовании результатов работы образуется за счет разницы в цене реализации между щепой топливной и щепой для целлюлозно-бумажных производств.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Проделанная работа позволяет сделать следующие основные выводы и предложить рекомендации для практического использования:

1. В настоящее время 40 % отходов лесо-шпалопиления не используются в дальнейшей переработке из-за значительного содержания коры. Традиционные способы окорки энергоемки, капиталоемкие и не используются мелким и средним производителем. Наиболее рациональным способом окорки, нашедшим широкое применение за рубежом, является окорка с использованием гибких рабочих органов.

2. Проведенные экспериментальные исследования по определению физико-механических свойств коры применительно к обработке неокоренных лесоматериалов показали:

а) напряжение скалывания коры находится в пределах: для сосны - от 0,23 до 0,66 МПа; для лиственницы - от 0,52 до 1,43 МПа. С

увеличением влажности напряжение скалывания уменьшается для всех направлений относительно осей анизотропии, б) коэффициент трения коры по стали находится в пределах: для сосны -от 0,133 до 0,396; для лиственницы - от 0,163 до 0,396. При равном удельном давлении коэффициент трения коры по стали увеличивается с увеличением влажности. С увеличением удельной нагрузки коэффициент трения в рассмотренных случаях уменьшается.

3. Толщина коры изменяется в зависимости от длины хлыста: для сосны - от 4 до 30 мм; для лиственницы - от 12 до 48 мм.

4. Определены зависимости действующих усилий при взаимодействии гибкого рабочего органа с предметом труда. Проведена экспериментальная проверка полученных уравнений. Расхождение не превышает 12 %, что доказывает правильность теоретических предпосылок.

5. Экспериментальные и теоретические исследования позволяют дать следующие рекомендации по параметрам рабочего окорочного органа:

а) в качестве гибких рабочих органов рекомендуется применять круглозвенные цепи по ГОСТ 2319 - 70, «цепи сварные круглозвенные грузовые и тяговые, нормальной прочности»;

б) гибкие рабочие органы размещаются на вращающемся валу в два ряда по винтовой траектории со взаимным перекрыванием друг друга;

в) длина гибких рабочих органов рекомендуется с количеством звеньев п=б.

г) рекомендуется применять скорости: на подачи лесоматериала от 0.1 до 03 м/с; обработке рабочими органами от 18 до 22 м/с.

6. Экспериментальные исследования по окорке отходов лесо-шпалопиления гибкими рабочими органами (на примере горбыля) подтвердили эффективность определенных теоретических параметров окорочной головки. При окорке горбыля, увлажненного до 120 %, степень очистки достигает 99 %. При окорке без увлажнения, при 75 % (горбыль взят непосредственно из потока лесо-шпалопильного цеха) удаляется 98 % коры.

7. В результате исследований предложен технологический процесс получения технологической щепы при переработке отходов в объеме 12 тыс м3 от цехов лесо и шпалопиления: горбыль подается на окорочный станок с гибкими рабочими органами. Окоренное сырье подается в рубительную машину, далее частицы щепы поступают на сортировочную установку. На сортировке производится отделение кондиционной фракции от мелочи и крупной щепы. В конечном результате полученная щепа, пригодна для производства целлюлозы и других видов продукции.

8. Проведены экономические расчеты по внедрению окорочной установки. Получаемая прибыль составляет 528 тыс. рублей в год при среднем годовом объеме работ 12 тыс. м3. Срок окупаемости дополнительного оборудования составляет 1 год.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Крисько A.C., Грязнов. Ю. П. Перспективы использования окорки лесоматериалов гибкими рабочими органами. Проблемы - химико лесного комплекса: Научно - практическая конференция. Сборник тезисов, докладов студентов и молодых ученых - Красноярск: СибГТУ. 2000. - С.167

2. Грязнов. Ю. П., Крисько A.C., Долматов С.Н. Определение коэффициентов трения коры лиственницы по стали и резине. Рациональное использование лесных ресурсов: Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 100 ~ летию со дня рождения В.Е. Печенкина. - Йошкар-Ола: МарГГУ, 2001. - С.116 - 119

3. Крисько A.C., Долматов С.Н. Исследование толщины коры хвойных пород Сибири. Лесоэксплуатация. Выпуск 3: Межвузовский сборник научных трудов. Красноярск: СибГТУ, 2001. - С. 52 - 54

4. Крисько A.C., Грязнов. Ю. П. Установка для окорки отходов лесо-шпалопиления гибкими рабочими органами. Химико-лесной комплекс -проблемы и решения: Научно - практическая конференция. Сборник статей студентов и молодых ученых: Красноярск СибГТУ. 2001. - с. 245 - 248

5. Долматов С.Н., Крисько A.C., Грязнов. Ю. П. Исследование напряжения скалывания коры сосны и лиственницы в различных направлениях осей анизотропии. Лесоэксплуатация. Выпуск 4: Межвузовский сборник научных трудов. Красноярск: СибГТУ, 2002. - С. 146 - 151

6. Долматов С.Н., Крисько A.C. Отходы древесины - ценные вторичные ресурсы. Лесоэксплуатация. Выпуск 4: Межвузовский сборник научных трудов. Красноярск: СибГТУ, 2002. - С. 151 - 156

7. Грязнов. Ю. П., Крисько A.C., Долматов С.Н. Определение коэффициентов трения коры сосны по стали и резине. Лесоэксплуатация. Выпуск 4: Межвузовский сборник научных трудов. Красноярск: СибГТУ, 2002. - С. 158 — 164

Подписано в печать 12.05.2003 Сдано в производство 23.05.2003

Формат 60x84 1/16 Усл. печл. 1,125 Уч. - изд. л. 1,125

Тираж 100 экз. Заказ № 424 Изд. № 112

Лицензия ИД №06543 16.01.2002

660049, г. Красноярск, пр. Мира 82, тип. СибГТУ

2.О05-Д

Введение.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1 Вторичные ресурсы, получаемые в процессе лесо-шиалонилсния, и направления для дальнейшей переработки.

1.2 Окорка лесоматериалов.

1.2.1 Классификация и принцип работы окорочных станков.

1.2.2 Обзор результатов научных работ в области окорки отходов лесо - шпалопиления.

1.2.3 Обзор патентного материала и опытно-конструкторских работ в области создания станков по окорке гибкими рабочими органами лесоматериалов.

1.3 Физико - механические свойства коры.

1.4 Выводы по разделу, цель и задачи исследований.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОКОРКИ СЕГМЕНТНЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ ГИБКИМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ ЦЕПНОГО ТИПА.

2.1 Геометрические параметры сегментного лесоматериала.

2.2 Взаимодействие звена цепи с образцом в поперечном сечении.

2.3 Исследование взаимодействия гибкого рабочего органа с образцом в продольном сечении.

2.4 Анализ напряженно - деформационного состояния коры при воздействии рабочего органа.

2.5 Усилие, необходимое для разрушения коры.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОРЫ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПРОЦЕССУ ОКОРКИ ГИБКИМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ ПИЛЕНЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ.

3.1 Экспериментальные исследования физико - механических свойств коры сосны и лиственницы.

3.1.1 Определение коэффициентов трения коры по стали.

3.1.2 Исследование предела прочности коры на скалывание в различных направлениях осей анизотропии.

3.2 Исследование толщины коры хвойных пород Сибири.

3.3 Исследование геометрических параметров поперечного сечения горбыля.

3.4 Исследование разрушенной коры при ее удалении с образцов горбыля.

3.50пределение усилий разрушения коры.

4 ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ПО

ОКОРКЕ СЕГМЕНТНЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ.

4.1 Экспериментальная установка для окорки отходов лесо шпалопиления гибкими рабочими органами.

4.2 Экспериментальные исследования процесса окорки горбылей.

4.2.1 Факторы, влияющие на качество окорки и способы их математического описания.

4.2.2 Методика проведения экспериментальных исследований.

4.2.3 Проведение экспериментов по окорке сегментных ф1 лесоматериалов.

4.2.4 Обработка экспериментальных данных.

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОТ СОЗДАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОКОРОЧНОЙ УСТАНОВКИ С ГИБКИМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ.

5.1 Производство технологической щепы, полученной из неокоре] шых лесоматериалов.

5.2 Рентабельность производства.

На долю Сибири приходится 42 % покрытых лесом земель России. Вовлечение их в рациональное лесопользование является важной задачей для лесного комплекса. Запас древесины основных лесообразующих пород Сибири равен 35,5 млрд м3, в том числе запас спелых и перестойных - 21,5 млрд м3.

Леса всех групп представлены на 75,3 % - хвойными породами, на 18,4 % - мягколиственными и на 6,3 % - прочими древесными и кустарниковыми породами [42].

Огромные площади представлены насаждениями лиственницы (32,6 %) и сосны (21 %). Около 20 % лссов Сибири сосредоточено на территории Красноярского края [82].

Проявилась тенденция на сокращение использования круглого леса и увеличение производства пиломатериалов и изделий деревообработки более чем на 65 %. Потребление пиломатериалов на внутреннем рынке России, составляющее 52 млн м3 в 1998 г., увеличилось к 2001 г. до 61 млн м\ Экспорт пиломатериалов возрос до 15 млн м3.

Железнодорожный транспорт является крупным потребителем специфической продукции лесного комплекса - шпалы широкой колеи, потребление которой составляет 22 млн шт [42].

В России производством шпалы и пиломатериалов занимается более 20 тысяч предприятий, и только 5 % крупных предприятий являются государственной собственностью, остальные 95 % находятся в частной, акционерной или смешанной формах собственности [42]. Идет увеличение количества мелких цехов и участков по выпуску пиломатериалов на ранее законсервированных мощностях леспромхозов и создание новых.

Из вышеуказанного объема потребления шпал и пиломатериалов, остаются нереализованные отходы которые составляют примерно 20 млн м'1

42]. Фактором, сдерживающим реализацию этих отходов, является отсутствие массовой окорки круглых лесоматериалов.

Частным предприятиям в данных экономических условиях невыгодно применение централизованной окорки шпальных кряжей и пиловочника из-за малых объемов заготовки леса, больших экономических затрат па содержание бассейнов для сортировки и оттаивания, сложности и дороговизны окорочных станков роторного типа.

Эти отходы успешно могут быть использованы при производстве технологической щепы, черновых мебельных и строительных заготовок, тарной дощечки, товаров народного потребления и изделий производственного назначения. Поскольку более полная переработка дает весомую добавочную прибыль, на данном этапе химическая промышленность позволяет увеличить выпуск продукции химической и химико - механической переработки с использованием отходов. За период с 1994 по 1997 г. производственные мощности по выпуску бумаги и картона увеличились: в США на 12 млн. т.; Китае - 9,2; Корее - 3,9 млн. т [63]. При экспорте растворимой целлюлозы по сравнению с экспортом необработанного круглого леса выигрыш на каждый м"', пущенный на производство целлюлозы, составляет 150$ США. Опережающими темпами развивается производство древесноволокнистых плит, нашедших свое применение в изоляционных и отделочных работах [51].

Ориентация лесного комплекса на выпуск продукции более глубокой переработки (бумаги, картона, целлюлозы, плитной и мебельной продукции) позволит предприятиям выйти из экономических кризисных ситуаций. Ряд комбинатов целлюлозно-бумажной промышленности (Селенгинский ЦБК, Братский, Амурский и Усть - Илимский ЛПК) выпускают целлюлозу и полуцеллюлозу, используя для ее варки сульфатным способом технологическую щепу светлохвойных пород и лиственницы [50].

К факторам, сдерживающим рост переработки сегментных лесоматериалов, относится проблема его окорки, так как имеет сложную геометрическую форму. В 1965 году за рубежом было предложено окаривать непосредственно горбыль. Были разработаны гидравлические установки

Джексона», установки с использованием ручного труда скобелями, фрезами. В Швеции применялись установки «Шехольм», где в качестве короснимателей применены цепи, закрепленные на вращающемся валу, на конце каждой цепи прикреплен небольшой башмак. Все эти исследования доказали возможность промышленной окорки горбыля [93].

Существуют также и современные окорочные станки фирмы «Manitowoc» по окорке круглых лесоматериалов, обеспечивающих эффективную переработку древесного сырья с различными размерно -качественными характеристиками в разных природно - производственных условиях. Эти станки снабжены небольшими отрезками цепей, закрепленных на вращающемся валу.

Проведенный анализ работ в области окорки позволяет сделать вывод о возможности применения для окорки лесоматериалов сегментного тина в качестве рабочих органов отрезки цепей без установления дополнительных короснимателей.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ: определить режимы технологического процесса окорки отходов лесо-шпалопиления (сегментного типа) гибкими рабочими органами с учетом размерно - качественных характеристик предмета труда и физико-механических свойств коры.

Для осуществления поставленной цели исследованы параметры гибкого органа и режимы работы установки. Для этого были экспериментально исследованы ранее не изученные физико-механичсские свойства коры лиственницы и сосны. Установлены силовые параметры взаимодействия рабочих органов с предметом труда. На созданной экспериментальной установке по методике планирования экспериментов и обработки данных, по планам В.З. Бродского, проведены эксперименты по окорке горбыля. В результате экспериментальных исследований было выявлено, что качество окорки горбыля повышается и достигает до 98 %, что позволяет это сырье пускать в дальнейшую переработку.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ: результаты исследований физико -механических свойств коры, математическая модель процесса окорки горбыля гибкими рабочими органами, рекомендуемая форма и размеры гибкого органа, режимы работы установки, данные экспериментов по окорке сегментных лесоматериалов гибкими органами.

Окорка отходов сегментных лесоматериалов позволит широко использовать сырье, полученное из лесо-шпалопиления, для дальнейшей переработки на мелкие пиломатериалы и технологическую щепу, ранее применявшиеся лишь в качестве топлива. Эти мероприятия позволят в значительной мере повысить эффективность использования древесины, что увеличит прибыль лесной отрасли, послужит максимальному сохранению лесных массивов.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Выводы

1. При окорки горбыля образуется коры составляющая по фракциям: крупных частиц от 22 до 31 %, средних частиц от 22 до 30 %, мелких частиц от 1 1 до 18 %, самых мелких частиц от 13 до 19 %, частиц луба от 3 до 9 %, частиц коры сросшейся с лубом от 3 до 5 %, частиц разрушенной древесины до 0,5 %.

2. С увеличением влажности фракция крупных и средних частиц возрастает, а остальные фракции уменьшаются. Вследствие того, что при водопоглащение порами коры, чешуйки находящиеся ближе к наружному слою более легко скалываются вдоль волокон.

3. У лиственницы массовая доля лубяных волокон в два раза больше, чем у сосны.

4. Большую часть усилий разрушения коры составляет усилие скалывания по волокнам коры.

3.5 Определение усилия разрушения коры

Для проверки полученной теоретической зависимости разрушения, был проведен ряд опытов по внедрению звена цепи в образец горбыля сосновой и лиственничной породы. Экспериментально определялись усилия при внедрении звена цепи в торец коры образца горбыля различной влажности вдоль волокон. Эксперименты проводились на экспериментальной установке рисунок 3.28.

Рисунок 3.28 - Экспериментальная установка по определению усилия окаривания горбыля

На токарном станке (1) образец горбыля (4) укладывался на приемный стол (6) и прижимался струбцинами (5). В шпиндель токарного станка зажималась ось с закрепленной на ней тензопластиной (2) и звеном цепи №1 (3) массой равной 0.014 кг.

Для опытов использовались образцы горбыля сосновой и лиственничной породы. Подбор влажности, сушка, взвешивание образцов производился аналогично предыдущим опытам и результатам разрушения коры (п. 3.4). Подсоединение тензодатчиков проводилось по ранее приведенной технологии рисунка 3.9. Считывание информации производим с самописца «Эндим». Данные экспериментов заносились в журнал наблюдения. Выполнялась статистическая обработка полученных данных (исключая грубые промахи, определение доверительного интервала, дисперсии воспроизводимости).

Производился расчет действующей силы по зависимости (2,70) с использованием данных о физико - механических свойствах коры, полученных экспериментально ранее. Строились графики зависимости P=f(e) по данным расчета и экспериментальным (рисунок 3.29).

Для оценки адекватности математической модели (2.65) рассчитывалась остаточная дисперсия S20t.T, равная отношению минимальной суммы квадратов отклонений опытных данных от расчетных к числу степеней свободы. Последнее равно разности между числом опытных точек и числом оцененных по этим точкам параметров.

Адекватность проверялась по критерию Фишера.

S 2

О ост

F = TJ7)' <316) где: S2(У)-Дисперсия воспроизводимости. 2

Для определения S (Y) проводились параллельные опыты с фиксированными значениями контролируемых факторов.

Полученное расчетное значение критерия Фишера сравнивалось с табличным. Если F„шб.ч > ^Расч , то уравнение считается адекватным.

Сила. Н

60

56

52

48

44

40

36

32

28

24

20

16

12

Путь внедрения звена цепи, мм

4 5 6 7 8

Эксперимент, сосна W=85% Теория, сосна. W=85% Эксперимент, лиственница W=92% ■ теория, лиственница W=92%

10 11

12

Рисунок 3.29 - Зависимость силы от пути внедрения звена цепи

В экспериментальных данных видно, что максимальное усилие разрушения достигает 3 мм, далее идет спад, в этот момент происходит удаление частиц коры, сопровождаемое силой трения (рассмотрено в п. 3.4).

В ходе расчетов и построения графиков определялось отклонение между теоретическими значениями усилия разрушения коры и экспериментальными. Среднее отклонение для всех замеров составило 12%. Анализ экспериментальных данных и данных полученных в результате расчетов по зависимости (2.70) показывает, что теоретические значения несколько ниже экспериментальных. Видимо при разрушении коры участвуют дополнительные усилия по разрушению. Для рассмотренных случаев расчетный критерий Фишера находится в пределах 2.23 - 4.59, при табличном значении критерия Фишера 6,39. Условие Fпшт ^ ^расч выполняется, следовательно, уравнение адекватно.

4 ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ПО ОКОРКЕ СЕГМЕНТНЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

4.1 Экспериментальная установка для окорки отходов лесо -шпалопиления гибкими рабочими органами

Проанализировав выходные геометрические параметры горбыля (по п 3.3), для проведения экспериментов была смонтирована лабораторная установка на основе универсального фрезерного станка. Произведена замена шпинделя на горизонтальный вал. Гибкие рабочие органы закреплены на вращающем валу и расположены в один ряд по винтовой траектории. Цепи установлены так, чтобы происходило перекрывание обрабатываемой поверхности лесоматериала. Вал выполнен сменным, что позволяет заменять его на другой, с различной траекторией размещения цепей. Используются цепи согласно ГОСТ 2319 - 70 «Цепи сварные круглозвенные грузовые и тяговые нормальной прочности». Крепление цепей позволяет заменять на другие, с различающими размерными характеристиками.

Установка для исследования режимов окорки гибкими рабочими органами, представленна на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Установка для окорки отходов лесо и шпалопиления гибкими рабочими органами

Принципиальная кинематическая схема работы гибкого рабочего органа представлена па рисунке 4.2. Работа установки заключается в следующем: образец горбыля закрепляется струбцинами на столе подачи (5), включается электродвигатель для вращения вала (2) с гибкими рабочими органами (1) и привод подачи стола. Образец подается на встречу вращения гибких рабочих органов (цепей). При этом происходит сбивание цепями коры с лесоматериала.

Рабочий стол может перемещаться возвратно поступательно, что обеспечивает встречное либо попутное движение. На установке, возможно регулировать скорости вращения вала через коробку передач, и аналогично для стола подачи.

Техническая характеристика установки.

Скорость подачи стола лесоматериала, м/мин.О - 0,3

Частота вращения вала с цепями, мин .0 - 1630

Длина обрабатываемых лесоматериалов,м.до 2

Мощность двигателя, кВт.5,5

Рисунок 4.2 - Кинематическая схема работы гибкого рабочего органа

Где: 1 - гибкие рабочие органы (цепи); 2 - горизонтальный вал; 3 -участок не окоренного образца; 4 - струбцина; 5 - стол подачи; 6 - участок окоренного образца.

Рисунок 4.3 - Общий вид закрепления рабочих органов

Горбыль в поперечном сечении представлен в виде сектора. Для его качественной окорки необходим полный охват гибкими рабочими органами. Для этого на вращающемся валу (2), устанавливаются регулируемые кронштейны (5) крепления цепи (1). Кронштейн фиксируется зажимной гайкой (4), а цепь закреплена в нем болтовым соединением (6). При помощи таких регулировочных кронштейнах можно регулировать длину рабочей цепи для полного охвата в поперечном сечении коры на горбыле.

4.2 Экспериментальные исследования процесса окорки горбылей

4.2.1 Факторы, влияющие на качество окорки и способы их математического описания

Целью экспериментов по окорке горбыля - получение окоренного горбыля с минимальным количеством коры, выявление существенных и значимых факторов, режимов окорки и их влияния на процесс удаления коры.

Широко используются самые разнообразные математические методы -как традиционные, так и специально разработанные в исследовании операций.

По сравнению с традиционным методом математические планы эксперимента значительно сокращают необходимое число опытов и более равномерно исследуют факторное пространство. Но они могут быть использованы только при условии нормального закона распределения исходных параметров [54].

Аналитические методы построения моделей, как правило применяются в сочетании с экспериментальными, поскольку математическое описание объекта, полученное аналитическими методами, обычно содержат константы, значения которых определяют по результатам эксперимента. Статистическую обработку результатов эксперимента при получении эмпирических моделей часто проводят методом регрессионного анализа

Экспериментальные методы получения математических моделей объектов играют доминирующую роль в тех случаях, когда исследуемый процесс слишком сложен для того, чтобы можно было получить его теоретическое описание.

Цслыо большинства экспериментальных исследований в деревообработке является изучение влияния различных воздействий на объект исследования - факторами.

Применительно к нашим условиям, относится экспериментально -аналитический метод.

К экспериментально - аналитическому методу расположены такие факторы, как количественные и качественные.

Уровнями фактора называют, когда каждый фактор принимает в эксперименте одно или несколько значений.

Эксперимент, в котором уровни факторов в каждом опыте задаются исследователем, в соответствии с определенным планом, является активным экспериментом. Эти факторы в основном управляемые. А если уровни факторов в каждом опыте регистрируются исследователем, но не задаются, называются пассивным.

К совокупности факторов эксперимента предъявляются требования независимости и совместимости. К независимым относится возможность установить значение любого из факторов на нужном ему уровне, независимо от уровней остальных факторов. Для совместимости применимость реализации в эксперименте любых комбинаций уровней факторов из области значений.

Значительную роль оказывает стратегия постановки опытов. Существуют две стратегии:

1. Однофакторный эксперимент. Влияние факторов подвергается исследованию поочередно: сначала варьируется один из них, при этом стабилизируются уровни всех остальных факторов, потом аналогичным образом варьируется только второй и т.д.

2. Многофакторный эксперимент. В отличие от первого состоит в том, что при переходе к каждому последующему опыту изменяются уровни не одного, а сразу несколько факторов. Варьируются все или почти все факторы одновременно.

На качество и процесс окорки горбыля зависит от множества факторов, это таких как:

1. Температура окружающей среды.

2. Сезон заготовленной древесины.

3. Породный состав.

4. Влажность горбылей.

5. Скорость подачи горбылей в зону окорки.

6. Скорость вала.

7. Геометрические размеры цепей.

8. Количество повторных исследований и т. п. Из всего выше перечисленного, применяем активный mhoi офакторнып эксперимент, для получения математического описания процесса окорки.

4.2.2 Методика проведения экспериментальных исследований Обоснование выбора плана эксперимента

Как уже отмечалось выше, качество окорки горбыля зависит от множества факторов. В ходе проведения экспериментов по окорке были выбраны следующие варьируемые факторы:

Качественный - тип цепи. Применялось три вида отрезков цепей с различными геометрическими параметрами (шириной, шагом и калибром) (рисунок 4.4) с двойным перекрытием (рисунок 2.4). Отрезки гибких рабочих органов принимались согласно ГОСТа 2319 — 70, «цепи сварные круглозвенные грузовые и тяговые, нормальной прочности». Их геометрические характеристики представлены в таблице 4.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проделанная работа позволяет сделать следующие основные выводы и предложить рекомендации для практического использования результатов исследований

1. В настоящее время 40 % отходов лесо-шпалопиления не используются в дальнейшей переработке из-за значительного содержания коры. Традиционные способы окорки энергоемки, капиталоемкие и не используются мелким и средним производителем. Наиболее рациональным способом окорки, нашедшим широкое применение за рубежом, является окорка с использованием гибких рабочих органов.

2. Проведенные экспериментальные исследования по определению физико-механических свойств коры применительно к обработке не окоренных лесоматериалов показали: а) напряжение скалывания коры находится в пределах: для сосны -о т 0,23 до 0,66 МПа; для лиственницы - от 0,52 до 1,43 МПа. С увеличением влажности напряжение скалывания уменьшается для всех направлений относительно осей анизотропии. б) коэффициент трения коры по стали находится в пределах: для сосны - от 0,133 до 0,396; для лиственницы - от 0,163 до 0,396. При равном удельном давлении коэффициент трения коры по стали увеличивается с увеличением влажности. С увеличением удельной нагрузки коэффициент трения в рассмотренных случаях уменьшается.

3. Размерные характеристики предмета труда составили среднее значения площадей поверхности, требующей окорки: а) отходы от лесопиления - 0,86 м2; б) отходы от шпалопиления - 0,765 .

Толщина коры изменяется в зависимости от длины хлыста: для сосны -от 4 до 30 мм; для лиственницы - от 12 до 48 мм.

4. Определены зависимости действующих усилий при взаимодействии гибкого рабочего органа с предметом труда. Проведена экспериментальная проверка полученных уравнений. Расхождение не превышает 12 %, что доказывает правильность теоретических предпосылок.

5. Экспериментальные и теоретические исследования позволяют дать следующие рекомендации по параметрам рабочего окорочного органа: а) в качестве гибких рабочих органов рекомендуется применять круглозвенные цепи по ГОСТ 2319 - 70, «цепи сварные круглозвенные грузовые и тяговые, нормальной прочности»; б) гибкие рабочие органы размещаются на вращающемся валу в два ряда по винтовой траектории со взаимным перекрыванием друг друга; в) длина гибких рабочих органов рекомендуется с количеством звеньев п=6. г) рекомендуется применять скорости: на подачи лесоматериала от 0.1 до 03 м/с; обработке рабочими органами от 18 до 22 м/с

6. Экспериментальные исследования но окорке отходов лесо-шпалопиления гибкими рабочими органами (на примере горбыля) подтвердили эффективность предложенных параметров окорочной головки. При окорке горбыля, увлажненного до 120 %, степень очистки достигает 99 %. При окорке без увлажнения 75 % (горбыль взят непосредственно из потока лесо-шпалопильного цеха) удаляется 98 % коры.

7. Разработан технологический процесс получения технологической щепы при переработке отходов в объеме 12 тыс м1 от цехов лесо и шпалопиления: горбыль подается на окорочный станок с гибкими рабочими органами. Окоренное сырье подается в рубительную машину, далее частицы щепы поступают иа сортировочную установку. На сортировке производится отделение кондиционной фракции от мелочи и крупной щепы. В конечном результате полученная щепа, пригодна для производства целлюлозы и других видов продукции. Проведены экономические расчеты по внедрению окорочной установки. Получаемая прибыль составляет 528 тыс. рублей в год при среднем годовом объеме работ 12 тыс. м3. Срок окупаемости дополнительного оборудования составил 1 год.

1. Аксенов 11.П. Теоретические основы раскроя пиловочного сырья. ГОСЛПСБУМИЗДАТ. М., 1960.-211 с.

2. Анучин Н.П. Сортиментные и товарные таблицы. М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 436 с.

3. Беляев Н. М. Сопротивление материалов. М., 1956. - 856 с.

4. Брадис В.М. Четырехзначные математические таблицы. М.:1981 -96 с.

5. Бродский В. 3., Бродский Л. И., и др. Таблицы планов эксперимента для факторных и полиномиальных моделей. «Металлургия». -М.: 1982. -752 с.

6. Бродский В. 3. Введение в факторное планирование эксперимента. М.: Наука, 1976.-223с.

7. Бродский В.З. Многофакторные регулярные планы. Межфакультетская лаборатория статистических методов. МГУ, 1972

8. Бойков С. Г1. Окорка круглых лесоматериалов. Л. : РИОЛТА,1975

9. Бойков С. П. Теория процессов очистки древесины от коры. Л., Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. 152 с.

10. Боровиков A.M. , Уголев Б. II. Справочник по древесине. М.: Лесн. пром-сть , 1989.

11. Вегшева В. Ф., Малькевич М. В. Рациональный раскрой пиловочного сырья. Красноярск: СТИ, 1993. - 120 с.

12. Вернер Гольдсмит. Уда: теория и физические свойства соударяемых тел. Перевод с английского С. М. Лужиной и О.В. Лужина. М.: 1965. -448 с.

13. Веретенник Д. Г. Использование древесной коры в народном хозяйстве. М.: Лесная промышленность, 1976. 120 с.

14. Воскресенский С. А. Резание древесины. М. - Л.: Гослесбумиздат, 1955. - 200с.

15. Гелес И. С., Филатова Т.В. К вопросу исследования коры лиственницы. в кн.: Лиственница. Межвуз. Сб. научн. Тр., Красноярск, 1973. Том 4, с. 180 - 187.

16. Гузенков П. Г. Детали машин: Учеб. пособие для студентов вузов. -М: Высш. школа, 1982.-351 с.

17. Гольдсмит В. Удар. Теория и физические свойства соударяемых тел. Перевод с английского Лужиной М. С. М. 1965. - 437 с.

18. ГОСТ 9462 71. лесоматериалы круглых лиственных пород. -Взамен ГОСТ 9462 - 60; Введен с 01.01.73 - М.: Изд - во стандартов, 1986. -15 с.

19. ГОСТ 9463 72. Лесоматериалы круглые хвойных пород . -Взамен ГОСТ 9463 - 60; Введен с 01.01.74. - М.: Изд - во стандартов, 1986.1. ГУ1. JJ с.

20. ГОСТ 7885 71. Шпалы и переводные брусья для железных дорог широкой колеи. - Взамен ГОСТ; Введен с 01.01.72 - М.: Изд - во стандартов, 1984,- 18 с.

21. ГОСТ 8816 70. Шпалы и переводные брусья для железных дорог узкой колеи. - Взамен ГОСТ; Введен с 01.01.72 - М.: Изд - во стандартов, 1984,- 13 с.

22. ГОСТ 15815 83. Технологическая щепа. Технические условия. -Взамен ГОСТ 15815 - 70; Введен с 01.01. 85.- М.: Изд - во стандартов, 1983. -11с.

23. Грязнов Ю. П., С. Н. Долматов, А.С. Крисько Исследование толщины коры хвойных пород Сибири. Лесоэксплуатация. Выпуск: Межвузовский сборник научных трудов// Под редакцией проф. В.Г1. Корпачева. Красноярск: СибГТУ, 2001. стр. 52-54.

24. Гулисашвили Б.Г. Химическая окорка деревьев на корню. -Деревообрабат. Пром сть, 1979, №5, с. 9.

25. Долматов С. Н., А.С. Крисько Прочность коры при перерезании. Химико — лесной комплекс проблемы и решения: Научно - практическая конференция. Сборник статей студентов и молодых ученых. - Красноярск, СибГТУ, 2001. - стр. 242-245.

26. Долматов С. П., Грязнов Ю. П., Тереньтев А. И. Кинетика сорбции и водопоглощеыия коры сосны. Проблемы химико-лесного комплекса: Научно практическая конференция. Сборник тезисов докладов студентов и молодых ученых. - Красноярск: СибГТУ, 1998. - 50 с.

27. Данко П. Е., Попов А. Г., Кожевников Т. Я. Высшая математика в упражнениях и задачах. В 2-х ч. 4.1, 4.2: Учебное пособие для вузов. 5-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 1997. - 304 с.

28. Дмитриев 10. Я., Кислицына Г. Ф. Гидравлическая окорка древесины. М.: Лесп. пром-сть, 1981,- 136 с.

29. Ермолович А. Г. Обработка древесных материалов пульсирующим давлением, Под ред. Мовинина М. С. . Красноярск: КГУ , 1986, - 176 с.

30. Житков А. В. Подготовка древесины к окорке тупыми инструментами замочкой в воде. Л., ЦНИИЛесосплава, 1958. -162 с.

31. Житков А.В. Утилизация древесной коры. М: Лесн. пром-сть, 1985. - 136 с.

32. Житков А.В. Подготовка древесины для производства целлюлозы из древесной массы. М.: Гослесбумиздат, 1962. - 133 с.

33. Житков А.В., Мазарский С. М. Хранение и подготовка древесного сырья в целлюлозно-бумажной промышленности. М.: Лесн. промышленность, 1980. -224 с.

34. Загоскин В. А. Технология и оборудование лесоперерабатывающих производств: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию для студентов специальностей 26/01, 26,04 всех форм обучения. Красноярск: СиГТУ, 1999. - 132 с.

35. Карасев Е. И. Оборудование предприятий по производству древесных плит. М.: «Лесная промышленность», 1978. -224с.

36. Коробов В. В., Брик М. И., Рушнов Н.П. Комплексная переработка низкокачественной древесины и отходов лесозаготовок. М.: Лесная промышленность, 1978. 272с.

37. Коробов В.В., Рушнов Н.П. Комплексное использование древесины. М.: Леси, пром-сть, 1981. - 88 с.

38. Коробов В. В., Рушнов 11. П. Переработка низкокачественного сырья. — М.: Экология, 1991.

39. Крисько А.С. Установка для окорки отходов лесо-шпалопилсния гибкими рабочими органами. Химико лесной комплекс - проблемы и решения: Научно- практическая конференция. Сборник статей студентов и молодых ученых. - Красноярск, СибГТУ, 2001. - стр. 245-249.

40. Лесопромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы. / Бурдин Н.А., Шлыков В.М., Егорнов В.А., Саханов В.В. М.: МГУЛ, 2000.-473 с.

41. Леонтьев Н. Л.Техника испытаний древесины. М.: Лесная промышленность, 1970. 100с.

42. Львовский Л.В., Орлов А.Т. Способы окорки и окорочные станки (обзорная информация). М., 1966-51с.

43. Мальцев Н.Ф. Новые сучкорезные и окорочные машины (обзор). -М„ ВНИИПОЭИлеспром, 1977. 24 с.

44. Мануйлов Н. А. Исследование процесса окорки древесины в СВЧ-поле: Автореф. дис. канд. техн. наук. Химки, 1977. -21с.

45. Окорка древесины (Пер. с англ.). Материалы ФАО, Форестри эквипмент ноутс. М.: 1958. - 43 с.

46. Основы научных исследований: Методические указания к практическим и лабораторным работам для студентов специальности 26.01 дневной и заочной форм обучения. Красноярск . : СТИ , 1989.

47. Окорка древесины. Материалы Фао. Форест Еквипмент Ноутс. -Пер. с англ. М.: ЦБТИ леспром, 1958. - 42с.

48. Основы научных исследований: Учеб. для техн. вузов / В. И. Кругов, И. М. Грушко, В. В. Попов и др.; Под ред. В. И. Крутова, В. В. Попова. М.: Высшая школа , 1989.

49. Основы лесной политики в Красноярском крае / В. А. Соколов -М.: Лесная пр-ть, 2000. 247с.

50. Пановко Я.Г. Введение в теорию механического удара. М.: 1977. - 224 стр.

51. Пи гильдии Н.Ф., Торговников Г.И. Эксплуатация окорочппых станков: Обзор. Лесоэксплуатация. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1978. - 48с.

52. Пи гильдии Н.Ф. Окорка лесоматериалов. М.: Лесная промышленность. 1982. - 192 с.

53. Пижурин А.А., Розенблит М.С. Исследование процессов деревообработки. М.: Лесн. пром - сть, 1984. - 232с.

54. Пижурин А.А., Розенблит М.С. Основы моделирования и оптимизации процессов деревообработки. М.: Лесн. пром — сть, 1988. — 296 с.

55. Песоцкий А. Н. Лесопильное производство. Из во «Лесная промышленность». М., 1970.-432 с.

56. Погорелов А. В. Геометрия: Учеб. для 7-11 кл. общеобразоват. учреждений. 6-е изд. - М.: Просвещение, 1996. - 333 с.

57. Попеко В. С. Исследование процесса окорки лиственницы тупыми короснимателями. Автореф. дис. .канд. техн. наук. Химки, 1969. - 21 с.

58. Попеко В. С., Симонов М. Н. Исследование некоторых физических и механических свойств коры и древесины лиственницы сибирской. Сборник трудов/ ЦНИИМЭ, Вып. 99. Химки, 1969, 62-68 с.

59. Пожитков В.И., Калинин М. И. И др. Справочник механниа целлюлозно бумажного предприятия. - М.: Лесн. промышленность, 1983. -552 с.

60. Пановко Я.Г. Введение в теорию механического удара. М.: Наука, 1977.-224 с.

61. Песоцкий А. Н. Лесопильное производство. Из- во «Лесная промышленность». М., 1970. 432 с.

62. Региональные исследования Всемирного банка. Россия. Лесная политика в переходный период. Всемирный банк Вашингтон, округ Колумбия, 1999. 337с.

63. Сахарный Н. Ф. Курс теоретической механики. Высшая школа. -Ярославль, 1964. 845 с.

64. Симонов М. Н., Югов В. Г. Окорка древесины. М., 1972. -128 с.

65. Симонов М. Н. Механизация окорки лесоматериалов. М.: Леей, пром-сть, 1984. 216с.

66. Симонов М. Н., Пигильдин Н. Ф. Состояние и тенденции развития окорочного оборудования. НИИМаш, Станкостроение С -1. М., 1977. 64 с.

67. Симонов М. Н. Некоторые зависимости физико механических свойств коры и древесины сосны, ели, березы. Сборник трудов/ ЦНИИМЭ, Вып. 41. Химки, 1963, - 3-13 с.

68. Симонов М. Н., Майорова А. Г. Предел прочности коры и древесины при низких температурах. Лесной журнал, Архангельск, 1971, № 2 , с. 81-86.

69. Симонов М. Н., Попеко B.C. Исследования некоторых физических п механических свойств коры и древесины лиственницы сибирской. Сборник-трудов / ЦНИИМЭ, Вып. 99. Химки, 1969, с. 62 68

70. Симонов М. Н., Торговннков Г.И. Окорочные станки: устройство и эксплуатация. М.: Лесная промышленность, 1990. - 184с

71. Скурихин В.И. Обоснование параметров рабочих органов для окорки лиственницы при поперечной подаче: дис. канд. тех., паук. М., 1984г. -337с.

72. Скурихин В.И., Шелгунов Ю. В., Авторское свидетельство СССР № 1142285, кл. В 27 L 1/00, 1985.

73. Смирнов Аляев Г'.А. Основы расчета усилий в технологии ковки и штамповки. - М.: 1964 г. - 402с.

74. Смирнов Аляев Г.А., Роземберг В.М. Теория пластических деформаций металлов. - Л.: «Машгиз» - 1956 г. -367 с.

75. Соколов В. А. Основы управления лесами Сибири. Красноярск: 1997. - 308с.

76. Роземберг В.М. О принципе монотонности деформации при конечном формоизменениии металлов. Л.: «Машгиз» - 1952 г.

77. Технологическая щепа. Брик М.И., Васильев Б.А. М.; «Лесная промышленность», 1975.-208 с.

78. Технология и проектирование лесных складов: Учебное пособие для вузов / А. К. Редысин, В. Н. Никишов и др. М.: «Экология», 1991. -288 с.

79. Тихомиров Б. Н. Сплав лиственницы. М.: Лесн. промышленность, 1966.- 157с.

80. Торговников Г.И. Влияние отрицательных температур на силы сцепления коры с древесиной. Тр./ ЦНИИМЭ. Химки, 1970. Вып. 1 10, с 46 -53.

81. Уголев Б. Н., Древесиноведение с основами лесного товароведения: Учебник для вузов. М.: Лесн. пром-сть. 1986. 386 с.

82. Федоренко В. А., Шошип А. И. Справочник по машиностроительному черчению. 14-е изд., перераб. и доп./ Под. ред. Г. Н. Поповой. -Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1981.-416 с.

83. Федеральная служба лесного хозяйства России. М.: 1998. - Г 2,243 с.

84. Филин. А.П. Прикладная механика твердого деформируемого тела. Т. 1,3.-М.: Наука. 1981.-480 с.

85. Фролов С.В., Шостак Р. я. Курс высшей математики. М.: Высшая школа, 1966 - 664с.

86. Фрид Л.Д. Удельное сопротивление окорению. Тр./ЦНИИМЭ. Химки, 1970. Вып. 1 10, с 75 - 82.

87. Цатурян Е. М. Исследование процесса окорки круглых лесоматериалов при их поперечном переремещении: Автореферат диссертации канд. Техн. Паук. Л., 1981. - 19с

88. Цивин М. М., Попов Н. И. Производство технологической щепы для ЦБП па лесопильных предприятиях. Науч. тр./ ЦНИИМОД, 1984. Комплексное использование древесного сырья, с. 15-18.

89. Цивин М. М. Использование древесной коры. М.: Лесн. пром-сть, 1973.

90. Шелгупов Ю. В. Окорка круглых лесоматериалов. Лесная промышленность, 1983, №1 1, с. 10.

91. Экспресс инфор. / Лесоэксплуатация и лесосплав, вып. 32, 1990.32 с.

92. Югов В.Г. Экспериментальные исследования по окорке древесины гидравлическим способом. Тр./ ЦНИИМЭ. Химки, 1965. Вып. 65, с. 87- 102.

93. К. I. С. International corporation. Manitowoc. 2М/МО Litho in U.S.A. 1987.-23c.

94. Vertical flail delimber. Patent. № 4,71 1,280 CI В 27 L 1/00, 1987. 811риложения