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 измельчения порубочных остатков в дисковых рубительных машинах

На правах рукописи

Березников Сергей Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОРУБОЧНЫХ ОСТАТКОВ В ДИСКОВЫХ РУБИТЕЛЬНЫХ

МАШИНАХ

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Воронеж-2015

005566398

005566398

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И.Вавилова»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Фокин Сергей Владимирович

Сюнёв Владимир Сергеевич, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет, кафедра тяговых машин, заведующий кафедрой

Ведущая организация:

Бухтояров Леонид Дмитриевич, кандидат технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия», кафедра технологии и оборудования лесопромышленного производства, заведующий кафедрой

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный технологический университет»

Защита диссертации состоится « 6 » марта 2015 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.034.02 при ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (394087, город Воронеж, ул. Тимирязева, д. 8, ауд. 146).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»: http://www.vglta.vrn.ru/rassmotrenie-dissertacii-v-sovete-d-212-034-02

Автореферат разослан « 26 » января 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Алексей Дмитриевич Платонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Вопрос производства и использования биотоплива относится к наиболее важным не только для России, но и для многих стран планеты. Российская Федерация располагает большими ресурсами, включая леса, открытые лесонасаждения, сельскохозяйственные и лесные отходы. По состоянию на 01. 01. 2001 года в России было свыше 406 млн. гектаров с/хозяйственных земель (23,8 % от общей земельной территории) и около 1098 млн. гектаров лесистой местности (64,1 % от общей земельной территории).

В России успешно производят переработку биомассы. Биомасса, используемая в энергетическом производстве состоит из: 800 млн. тонн древесины, 250 млн. тонн с/хозяйственных отходов, 70 млн. тонн отходов от лесотехнических предприятий и целлюлозно-бумажных комбинатов, 70 млн. тонн твердых коммунально-бытовых и канализационных отходов. Существует ряд технологий и процессов, позволяющих преобразовывать данные источники биомассы в тепловую энергию и топливо.

Биомасса может быть получена из отходов лесозаготовительного производства. Лесохозяйственные и деревообрабатывающие предприятия производят древесину, которая является крупнейшим источником твердой биомассы. Измельчение порубочных остатков наиболее правильный вариант решения проблемы утилизации отходов лесосечных работ, потому что является одним из разрешенных способов, не наносящим вреда окружающей среде и снижает вероятность возникновения пожаров в лесу.

Технологии и оборудование для производства топливной щепы разнообразны. Наибольшее распространение получили технологии с применением мобильных рубительных машин, так как состав технологических операций предполагает минимум дополнительного оборудования.

Дисковым рубительным машинам, получившим наибольшее практическое применение, свойственен переходный процесс рубки порубочных остатков, сопровождающийся ударами во время встречи ножа с измельчаемой древесиной. При этом получаемая щепа требует дополнительной переработки из-за большого диапазона геометрических размеров. Поэтому внедрение дисковых рубительных машин, оснащенных рубительными ножами новой конструкции реализует значительную социально - экономическую задачу.

Исходя из вышеизложенного тема диссертационноого исследования актуальна и проведена в рамках контракта ПНР-2 «Модернизация инж,-технического обеспечения АПК. Раздел: Разработка машин и технологий для повышения продуктивности лесов, создания лесных культур, агролесомелиоративных и зеленых насаждений. Подр. 1: Технологии и машины л/ хозяйства в Поволжье» на период с 2006 по 2020 годы.

Цель и задачи исследований. Цель диссертационной работы заключается в повышении эффективности процесса измельчения порубочных остатков в дисковых рубительных машинах за счет обоснования параметров рабочих органов в виде ступенчатых режущих ножей, обеспечивающих улучшение харак-

<К

теристик процессов рубки порубочных остатков по сравнению с прямыми ру-бительными ножами и позволяющих получать щепу более мелкой фракции.

Поставленная цель решается при выполнении следующих задач:

1. Улучшить рабочий процесс резания порубочных остатков в рубитель-ной машине дискового типа, путем снижения силовых и энергетических показателей процесса получения щепы за счет использования ступенчатых режущих ножей.

2. Разработать математическую модель рабочего процесса деления порубочных остатков в рубительной машине дискового типа, использующей механизм резания со ступенчатыми режущими ножами.

3. Обосновать основные геометрические параметры механизма резания и режимы рабочего процесса рубки порубочных остатков ступенчатыми ножами, обеспечивающих наилучшие характеристики процесса измельчения древесины на основе математического моделирования.

4. Провести лабораторные и полевые исследования опытного образца рубительной машины, оснащенной новой конструкцией ступенчатого режущего ножа.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются ступенчатые ножи дисковой рубительной машины для измельчения порубочных остатков.

Предметом исследования являются конструктивно-технологические параметры механизма резания рубительной машины дискового типа.

Научная новизна результатов работы.

¡.Рабочий процесс воздействия конструктивных элементов ступенчатого режущего ножа на измельчаемый материал, отличающийся снижением сил сопротивления резанию за счет разработки новой конструктивно-технологической схемы дисковой рубительной машины.

2. Математическая модель рабочего процесса деления порубочных остатков в рубительной машине дискового типа, отличающаяся учетом конструктивных параметров ступенчатого ножа и физико-механических свойств измельчаемого материала на показатели эффективности работы рубительной машины дискового типа.

З.Обоснованы параметры механизма резания, оснащенного ступенчатыми ножами, отличающиеся рациональными значениями, рассчитанными по критериям снижения динамической нагруженности.

4. Технические рекомендации, улучшающие рабочий процесс измельчения отходов лесосечных работ в рубительных машинах дискового типа и повышающие их эффективность.

Теоретическая значимость работы заключается в установлении закономерности взаимодействия ступенчатых рубительных ножей с порубочными остатками в рубительной машине дискового типа, новизна которых подтверждена патентом РФ на полезную модель № 129452, разработке математической модели и программы для электронно-вычислительных машин, имитирующих рабочий процесс измельчения порубочных остатков при использовании сту-

пенчатых ножей в дисковой рубительной машине, подтвержденной свидетельством о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2013618036.

Практическая значимость работы состоит в подготовленных рекомендациях по улучшению рабочего процесса измельчения порубочных остатков в дисковых рубительных машинах, в разработанных алгоритмах и программе для персональной ЭВМ на базе приемов математического моделирования, которые использованы: в областном государственном учреждении «Саратовский лесхоз», в учебном процессе Федерального ГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И.Вавилова» при подготовке специалистов лесотехнической направленности.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационная работа соответствует п. 5 - «Обоснование и оптимизация параметров и режимов работы лесозаготовительных и лесохозяйственных машин» паспорта специальности. 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.

Методическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Исследования выполнены на основе методов математического моделирования рабочих процессов измельчения древесной биомассы и обосновании конструктивно-технологических параметров рубительной машины. Решение общей системы дифференциальных уравнений выполнялось с использованием численного интегрирования на ПЭВМ.

Экспериментальные исследования проходили в лабораторных и полевых условиях на разработанной лабораторной установке и опытном образце рубительной машины. Для изучения рабочего процесса измельчения древесного сырья в рубительной машине применялись методы математического моделирования и математической статистики, а также основные положения проведения полнофакторного эксперимента. Данные исследований обрабатывались при помощи компьютерных программ: Borland Delphi 7.0, Statgraf, Excel, Microcal Origin 5.0 и Statistica.

Научные положения, выносимые на защиту

1 .Конструктивная схема рубительной машины дискового типа с использованием ступенчатых режущих ножей, позволяющая снизить силы сопротивления резанию при измельчении порубочных остатков на топливную щепу.

2.Математическая модель рабочего процесса измельчения порубочных остатков в рубительной машине дискового типа, с применением ступенчатых ножей, позволяющая учитывать ее конструктивно-технологические параметры.

З.Закономерности воздействия геометрических параметров ступенчатых ножей на рабочий процесс измельчения порубочных остатков в рубительной машине дискового типа, позволяющие обосновать конструктивно- технологические параметры механизма рубки.

4.Технические предложения, позволяющие улучшить эффективность рабочего процесса резания порубочных остатков в рубительных машинах, оснащенных измельчающим диском.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность положений и выводов доказана лабораторно-полевыми исследованиями, провер-

кой опытного образца рубительной машины дискового типа, оснащенной новым механизмом рубки древесного сырья в условиях л/хозяйственного производства, а также достаточной сходимостью полученных теоретических и экспериментальных данных.

Диссертационное исследование выполнено на кафедре «Лесное хозяйство и лесомелиорация» ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» в 2011-2015 годах.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных и региональных научно-технических конференциях: YII Меж-дунар. научн.-практич. конфер. «Современное состояние естественных и технических наук» (г. Москва, 2012 г.); YI Междунар. научн.-практич. конф. «Актуальные вопросы науки» (г. Москва, 2012 г.); YII Междунар. Научн.-практич. конфер. «Техника и технология: новые перспективы развития» (город Москва, 2012 год); X Межд. научно-практическая конф. «Техника и технология: новые перспективы развития» (город Москва, 2013 год); Международ, заочной научно-практической конф. «Наука и образование в XXI веке» (город Тамбов, 2013 год); IV Международной научно-практической конф. «Проблемы и перспективы инновационного развития мирового сельского хозяйства» (г. Саратов, 2013 г.); Международной заочной научно-практической конф. «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика» (город Воронеж, 2014 год).

Полученные результаты исследований внедрены в Саратовском л/хозе Саратовской обл., а также в учебный процесс Фед.ГБОУ ВПО «СГАУ им. Н.И. Вавилова».

Личный вклад автора заключается в определении цели и задач исследований, в разработке математических моделей, планировании и проведении экспериментов, анализе результатов работы.

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертационной работы изложены в 16 статьях, в том числе: в 3 работах в изданиях центральной печати, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией РФ; в 1 патенте РФ на полезную модель; в 1 свидетельстве о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Объем н структура диссертации. Диссертационное исследование включает в себя: введение, пять глав, основные выводы и рекомендации, библиографический список и 16 приложений. Общий объем диссертационной работы составляет 210 стр., в том числе 193 стр. основного текста. В работе имеется 78 рисунков, 19 таблиц и 141 наименований использованных литературных источников, в том числе 17 зарубежных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационного исследования, сформулирована его цель и задачи, методы научных исследований, базовые положения диссертации, выносимые на защиту, приведена научная новизна и практическая значимость работы.

В первом разделе проведен анализ существующих технологий использования различных видов топлива, технологий получения древесного топлива в виде топливной щепы и технических средств для ее производства непосредственно на лесосеке. Рассмотрены конструкции ножей для измельчения древесного сырья и особенности измельчения порубочных остатков в дисковой руби-тельной машине. Проведен обзор работ некоторых ученых, исследовавших рабочий процесс измельчения древесины в рубительных машинах и технологии получения биотоплива: B.C. Сюнева, Н.М. Вальшикова, А.Л.Бершадского, Л.Д.Бухтоярова, Э.П. Лицмана, Н.П. Рушнова, Г.Н. Завойских, В.А. Егорова, Ю.А. Калашникова, Е.С. Назаренко, Ю.И. Беленького, С.В.Фокина и др. Анализ, расмотренных работ позволил выявить наиболее значимые проблемы, решение которых направлено на повышение эффективности процесса измельчения древесины в дисковых рубительных машинах за счет применения ступенчатых рубительных ножей, обеспечивающих улучшение характеристик процессов рубки порубочных остатков и уменьшение фракционного состава получаемой щепы.

Во втором разделе обосновывается рабочий процесс измельчения порубочных остатков ступенчатыми режущими ножами, защищенных патентом РФ

на полезную модель № 129452 (рисунок 1).

На первом этапе теоретическими исследованиями предусматривалось изучение процессов рубки порубочных остатков различными по конструктивному исполнению ножами (прямой и ступенчатой конструкций) на основе построенных математических моделей.

Проведенные теоретические исследования на первом этапе показали, что определено улучшение характеристик процессов рубки при применении рассматриваемого ступенчатого ножа по сравнению с прямым ножом (на ~ 9% по сумме всех моментов сил сопротивления резанию), так же происходит уменьшение сил и момента сил сопротивления резанию соответственно на 0,4 и 0,2%.

На втором этапе моделировалась работа ступенчатых режущих ножей в составе дисковой рубительной машины для измельчения порубочных остатков и определялось влияние их конструктивных параметров на эффективность ее работы. Для этого разрабатывалась математическая модель процесса их взаимодействия с порубочными остатками.

Уравнения движения /-го элемента имели следующий вид:

ножей различной конструкции

/-1 М

- ¿к ХА-

(О

А

где тэ — масса шарообразного элемента; / - время действия силы; Л^ - общее количество поверхностей треугольной формы; g - ускорение свободного падения тела.

Ступенчатые ножи в модели представлялись совокупностью элементарных плоскостей треугольной формы (рисунок 2). Для этого, в процессе численного интегрирования системы дифференциальных уравнений, описывающей процесс измельчения порубочных остатков, в каждый момент времени сначала

в пространстве размещались базовые точки Р\ ... Р20 ступенчатого ножа (рисунок 2, а). Затем на основе базовых точек строились элементарные треугольники Т\ ... Т2$, задающие поверхности ножа (рисунок 2, б).

Координаты базовых точек зависели от геометрических параметров ножа. Общее количество базовых точек в ступенчатых ножах составляло 20 х 4 = 80 базовых точек. Приведение во вращение рубительного диска в модели осуществлялось одновременно с транслированием ножей путем добавления слагаемого содг в аргумент тригонометрической функции:

а - базовые точки; б - элементарные треугольники Рисунок 2 - Представление в модели ступенчатого ножа

ф =

arctg-

arctg-

Уп-Уд ZJ,. Уп-Уд

Уп ~Уд SO; + 180°, у„-уд<0;

У а = Уд + rcos(<p + Ф„ + coy); Zj2 = 2Д + rsin(cp + Фл + Год/),

где си ф - полярные коорд. базовых точек в системе коорд., связанной с центром рубительного диска и находящейся в плоскости х = хд (промежуточные переменные); (х\\, Уп, z\i), (х,2, }>i2, z;2) - коорд. /'-й базовой точки до и после изменения вращения относительно у = уд, z = гд, сод — угловая скорость рубительного диска.

После определения текущих (для каждого шага интегрирования по времени т,) координат базовых точек производилось построение элементарных треугольников, которые задавали рабочие поверхности ножей, и участвовали в расчете сил, действующих со стороны ножей на порубочные остатки. Так, для основного ступенчатого ножа были получены следующие 28 треугольников: Т] = Р9Р10Р12) Тг = Р9Р11Р12, Т3 = Р4Р10Р12, Т4 = Р2Р4Р10, Ts = Р13Р14Р16, Тб = Р13Р15Р16, Т7 = Р6Р14Р16, Т8 = P4P6Pi4, Т9 = Р17Р18Р20, Тю = Р17Р19Р20, ТП = Р8Р18Р20, Т 12 = РбР«?^: Т13 = Р1Р9Р10, Т14 = Р1Р2Р1О) Т15 = Р3Р13Р14, Tl6 = Р3Р4РН, Т,7 = Р5Р17Р18) Tig = Р5Р6Р18, Т19 = Р7Р19Р20, Т20 = Р7Р8Р20, Т21 = Р1Р9Р11, Т22 = P1P3P11, Т23 = P3PI3PI5J Т24 = Р3Р5Р15, Т25 = Р5Р17Р19, Т26 = Р5Р7Р19, Т27 = PiP2P8, Т28 = Р!Р7Р8.

Помимо ступенчатых ножей задавалась рабочая поверхность рубительного диска, имеющая окна в рабочей зоне ножей. Для этого рубительный диск также разбивался на элементарные треугольники. Учитывая, что рубительный диск имеет ось симметрии четвертого порядка, то его поверхность строилась на шести базовых точках Pi-..Рб основной конфигурации и трем их трансляционным отображениям, с участием центральной точки рубительного диска Р0 (рисунок 3).

Рисунок 3 - Представление в модели рубительного диска со ступенчатыми ножами (а) и схема размещение базовых точек и элементарных треугольников (б)

Поворотная трансляция основной конфигурации и вращение рубительно-го диска производились, так же как и для ножей, по формуле 2. Вокруг основной конфигурации базовых точек производилось построение шести элементарных треугольников поверхности (рисунок 3, б): Т, = Р0Р|Р2, Т2 = РоРгРр, Т3 = Р2РбРг, Т4 = РбРгРу, Т5 = Р3Р4Р5, Т6 = Р4Р5Рб- С учетом осевой симметрии четвертого порядка, общее количество элементарных треугольников рубитель-ного диска составляло 6 х 4 = 24, а с учетом комбинированных ножей: 24 + 28 х 4= 136.

Такое значительное количество элементарных треугольников обеспечило высокую пространственную детализацию и позволило добиться высокой степени адекватности модели.

Для удобства моделирования работы ступенчатых режущих ножей в составе дисковой рубительной машины для измельчения порубочных остатков разрабатывалась компьютерная программа структурная схема, которой представлена на рисунке 4.

Модель процесса гамепьчеякя древесины в дисковой и^,.. румянкой кашкке

X ч

3 Мэдель движения к фрагментации гор^бочных остатков Мэдель взаимодействия шрзбоч-2 ных остатков с рабочими поверхностями машины -1

1

4_„ ^ Модель 1 загрузочного лаоска ГТ Мэдель механизма | подачи

¥

1 ; л 1 ,4- У Модель комбнкироиш-кого ко жа # Модель руокгсдького гЖВГСК» кШВЯвВНШ

Рисунок 4 - Структурная схема модели процесса измельчения древесины в дисковой рубительной машине

Теоретические исследования показали, что наилучшими параметрами режущей кромки ступенчатого ножа являются: а] = 10—15°; а2 = 5,0—7,5°; а\ = 5,07,5 мм (рисунок 5, вид I). При этом наилучшая частота вращения рубительного диска составляет около 15-16 '/с, так как в данном диапазоне ступенчатые ножи в 1,5-2 раза эффективнее прямых (рисунок 5, вид II).

КГ/М3 600 400 200 0-

10 15 20 а,, град. д

N; кВт

ВИД I

5 10 15 20 юд, об/с ВИД II

вид I - влияние угла наклона режущей кромки ступенчатого ножа (а]) на показатели эффективности рубительной машины; вид II - влияние частоты вращения рубительного диска (сод) на показатели эффективности устройства (сплошная линия - для ступенчатых ножей, штриховая - для прямых ножей); а - производительность машины; б - средний размер производимый щепы; в - мощность, потребляемая рубительным диском; гид — скорость и плотность древесного сырья в зоне рубки

Рисунок 5 - Влияние конструктивно-технологических параметров дисковой

рубительной машины на показатели эффективности рабочего процесса измельчения порубочных остатков

В третьем разделе представлены программа и методика осуществления лабораторных исследований, описана методика обработки полученных результатов.

Целью лабораторных исследований предусматривалась серия экспериментов для определения: закономерности изменения энергоемкости и динамических характеристик процесса рубки порубочных остатков при различных углах наклона в плоскости режущей кромки ножей и углах наклона плоскости рубки; фракционный состав щепы, получаемой при измельчении отходов лесосечных работ дисковой рубительной машиной, оснащенной ступенчатыми ножами (рисунок 6).

Методикой лабораторно-полевых исследований предполагалось накопление опытного материала для его последующей обработки на персональном компьютере с помощью офисных прил. MS Excel 2007, Statgraf и программы для статобработки полученных данных- Statistica 6,0.

В четвертом разделе

получена зависимость влияния различных углов наклона в плоскости режущей кромки ножей скорости рубки и углах наклона плоскости рубки на работу резания древесного сырья, совершаемую при рубке порубочных остатков в виде регрессионного уравнения: А= 3,86 - 0,41 1п ос- 0,075 1п V-0,03 1п X . При проведении опыта выяснено, что с увеличением уг-установленными ступенчатыми ножами ла резания древесины,

уменьшением угла режущей кромки в плане и увеличением скорости движения режущего ножа работа резания изменяется с 8,1 Нм до 11,2 Нм (в 1,38 раза).

Зависимость влияния различных углов наклона в плоскости режущей кромки ножей скорости рубки и углах наклона плоскости рубки на удельные показатели силы резания при измельчении порубочных остатков описывается регрессионным уравнениями вида:

рх= 2,91 - 0,93 1п а- 0,0074 1п у- 0,02 1п Я .

Исследованиями установлено, что с увеличением угла резания, уменьшением угла в плане и увеличением скорости резания значения силы резания изменяются с 0,53 кН до 1,2 кН (в 2,26 раза). При этом значительное влияние на силу резания оказывает угол резания, так при его увеличении с 10 до 30 град, наблюдаются вышеуказанные значения.

Предусмотренное планом проведения экспериментальных исследований изучение зависимости влияния различных углов наклона в плоскости режущей кромки ножей от скорости рубки и углов наклона плоскости рубки на мощность от силы резания при измельчении порубочных остатков показало, что она описывается регрессионным уравнениями вида:

Рр= 2,67 - 0,94 1п а+ 1,09 1п V- 0,01 1п А .

Установлено, что с увеличением угла резания, уменьшением угла в плане и увеличением скорости резания значения мощности от силы резания изменяются с 3,1 кВт до 13,9 кВт (в 4,48 раза). Минимальное значение мощность от силы резания (3,1 кВт) имеет при следующих режимах: угол резания: 28... 40 град.; скорость резания: 2...9 м/с; угол в плане: до 10 град.

При использовании ступенчатой конструкции рубительных ножей с увеличением частоты вращения рубительного диска с 9,0 '/с до 16,0 '/с происходит уменьшение размера производимой щепы, о чем свидетельствует увеличение фракции в составе щепы 10 мм с 20,6 % до 63,6 %.

...... :тгщ', >

5 А Ш

Рисунок 6 - Общий вид рубительного диска с

Рисунок 7 подтверждает факт хорошей сходимости результатов исследований так, как кривая экспериментальных данных проходит в пределах 5 % доверительного интервала линии теоретических значений.

о

7 3 9 10 11 12

Скорость резания и. м/с

Рисунок 7 - Зависимость работы резания (А) от скорости резания (и) при угле резания а=20° и угле в плане Я=5° В пятом разделе экономические расчеты свидетельствуют о том, что применение внедряемой новой конструкции рубительной машины дискового типа экономически выгодно, так как ее использование повышает производительность труда в на 21 % и снижает прямые затраты на 1,7 %. Получаемый экономический эффект от внедрения данной техники составляет 7,6 рубля при переработке 1 куб. м порубочных остатков на щепу или 491993,6 рубля в течение года при сроке окупаемости машины 1,23 года (15 месяцев). Хозрасчетный эффект, равный прибыли, полученной лесозаготовительным предприятием при переработке отходов лесосечных работ, составляет 86,0 руб. при переработке куб. м отходов. Межотраслевой экономический эффект от применения порубочных остатков равен 139,6 руб. при переработке куб. м отходов на топливную щепу. Народохозяйственный эффект от применения отходов лесосечных работ равен 141,7 руб. при переработке куб. м древесных отходов на топливную щепу. Срав. эффективность по величине приведенных затрат на производство топливной щепы составила 76,6 руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для повышения эффективности процесса измельчения порубочных остатков в дисковых рубительных машинах и уменьшения фракционного состава щепы необходимо применение новой конструкции ножа.

2. На основе построенной математической модели и разработанного программного определено улучшение характеристик процессов рубки при применении рассматриваемого ступенчатого ножа по сравнению с прямым ножом (на 9 % по сумме всех моментов сил сопротивления резанию). Так же установлено, что при использовании ступенчатого ножа происходит: уменьше-

ние значений сил и момента сил сопротивления резанию соответственно на 0,4 и 0,2%; снижение значений сил и момента сил вязкого трения произошло соответственно на 3,5 и 3,3 %; уменьшение значений сил и момента сил сухого трения скольжения соответственно на 4,9 и 5,9%.

3. Оснащение рубительной машины ступенчатыми ножами вместо прямых позволяет улучшить показатели эффективности машины: снизить потребляемую мощность на 14,0 % и повысить плотность древесной массы на выходе из устройства на 11,3 %. Наилучшими параметрами режущей кромки ступенчатого ножа являются: а! = 10-15°; а2 = 5,0-7,5°; а\ = 5,0-7,5 мм. Наилучшая частота вращения рубительного диска составляет около 15-16 '/с, так как в данном диапазоне ступенчатые ножи в 1,5-2 раза эффективнее прямых.

4. В качестве конструктивных параметров для ступенчатых ножей можно рекомендовать следующие: длина секций Ь] = 50 мм; угол наклона секций сс] = 10-15°; а2 = 5,0-7,5°; а3 = 0°; длина ножа 150 мм.

5. Лабораторными исследованиями установлено, что с увеличением угла резания, уменьшением значения угла в плане и нарастанием величины скорости резания значение работы резания изменяется в пределе с 8,1 Нм до 11,2 Нм (в 1,38 раза). Наименьшие значения работа резания (от 8,1 до 9,4 Нм) имеет при следующих показателях: угол резания: 30... 40 град.; скорость резания: 2...8 м/с; угол в плане: до 8 град. С увеличением угла резания, уменьшением угла в плане и увеличением скорости резания значения силы резания изменяются с 0,53 кН до 1,2 кН (в 2,26 раза). С возрастанием величины угла резания, уменьшением угла в плане и увеличением скорости резания значения мощности от силы резания изменяются с 3,1 кВт до 13,9 кВт (в 4,48 раза). Минимальное значение мощность от силы резания (3,1 кВт) имеет при следующих режимах: угол резания: 28... 40 град.; скорость резания: 2...9 м/с; угол в плане: до 10 град. Полученные режимы практически соответствуют ранее полученным значениям, что позволяет рекомендовать их в качестве эксплуатационных.

6. При использовании ступенчатой конструкции рубительных ножей с увеличением частоты вращения рубительного диска с 9,0 '/с до 16,0 '/с происходит уменьшение размера производимой щепы, о чем свидетельствует увеличение фракции в составе щепы 10 мм с 20,6 % до 63,6 %. Использование ступенчатых ножей позволяет уменьшить размер, полученной щепы, о чем свидетельствует наличие значительного количества мелких фракций (10 и 20 мм) в составе произведенной щепы (10 мм- 9,0 '/с : 20,66 %, при 16,0 '/с- 63,6 %; 20 мм- 9,0 '/с: 62,66 %, при 16,0 '/с- 21,6 %).

7. Применение внедряемой рубительной машины дискового типа экономически выгодно, так как ее использование позволяет повысить производительности труда в на 21 % и снизить прямые затраты на 1,7 %. Получаемый экономический эффект от внедрения данной техники составляет 7,6 рубля при переработке 1 куб. м порубочных остатков на щепу или 491993,6 рубля в течение года при сроке окупаемости машины 1,23 года (15 месяцев).

8. Хозрасчетный эффект, равный прибыли, полученной лесозаготовительным предприятием при переработке отходов лесосечных работ, составляет 86,0 руб. при переработке куб. м отходов. Межотраслевой экономический эф-

фект от применения порубочных остатков равен 139,6 руб. при переработке куб. м отходов на топливную щепу. Народохозяйственный эффект от применения отходов лесосечных работ равен 141,7 руб. при переработке куб. м древесных отходов на топливную щепу. Сравнительная экономическая эффективность по сумме приведенных затрат равняется 76,6 руб. при производстве топливной щепы из отходов лесосечных работ.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией

1. Березников, C.B. О методике иссл. процесса резания поруб. остатков дисковой рубительной машиной, оснащенных различными типами ножей [Электронный ресурс] / C.B. Березников, C.B. Фокин,- журнал «Современ.проблемы науки и образования». - 2013. - № 5; эл. адрес: http://www.science-education.ru/111-10346 (дата обращения: 15 октября 2013 года).

2. Березников, C.B. О проведении автоматизированного анализа энергетических характеристик процесса резания древесины дисковой рубительной машиной [Текст] / C.B. Березников, C.B. Фокин.- Фундаментальные исследования // В. 10 (часть 10), 2013.- С. 2182-2187.

3. Березников, C.B. К обоснованию конструктивно-технологических элементов машины для измельчения порубочных остатков [Электронный ресурс] / C.B. Березников, C.B. Фокин - журнал «Совр. проблемы науки и образования» -2014. - № 3; электронный адрес: http://www.science-education.ru/! 17-13172 (дата обращения: 21 мая 2014 года).

В других изданиях

4. Патент на полезную модель 129452, МПК В 27 L 11/00. Устройство для изм. порубочных остатков [Текст] / C.B. Фокин, C.B. Березников: заявлено и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Саратов.ГАУ». - № 2012157974/13 ; заявлено 27.12.2012 ; опуб. 27.06.2013, Бюлл. № 18.

5. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2013618036. Математическое моделирование работы ножей для процессов резания порубочных остатков [Текст] / C.B. Фокин, C.B. Березников: заявлено и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ».- № 2013615914; заявлено 27.12.2012: опубликовано: 20.09.2013: зарегистрировано.: 29.08.2013.

6. Березников, C.B. Об актуальности производства биотоплива в условиях лесосеки [Текст] / C.B. Березников, C.B. Фокин - Современное состояние естественных и технических наук: Материалы YII Международной научно-практической конф. (20.06.2012).- Москва: Изд-во «Спутник+», 2012. - С. 152154.

7. Березников, C.B. О технологии и средствах измельчения порубочных остатков [Текст] / C.B. Березников, C.B. Фокин - «Актуальные вопросы науки»: Материалы YI Международной научно-практической конференции (10 июля 2012 года).-М.: Издательство «Спутник+», 2012. - С. 61-63.

8. Березников, C.B. Обоснование конструкции резца для рубительной машины дискового типа [Текст] / C.B. Березников, C.B. Фокин.- «Техника и технология»: новые перспективы развития: Матер. YII Международной научно-практич. конференции.- Москва: Изд-во «Спутник+»,2012,- С. 232- 234.

9. Березников, C.B. О конструкции ножей для измельчения отходов древесины [Электронный ресурс] / C.B. Березников, C.B. Фокин,- Научный электронный архив. URL: http://econf.rae.ru/article/7835 (дата обращения: 27.08.2013).

Ю.Березников, C.B. Об исследовании процесса резания порубочных остатков ножами различной конструкции [Текст] / C.B. Березников, C.B. Фокин,- «Перспективы развития»: Материалы X научно-практич. конф. (28 августа 2013 года).- Москва: Изд-во «Спутник+»,2013.-С. 97-101.

П.Березников, C.B. О результатах сравнительного анализа процессов резания порубочных остатков комбинированным и традиционным ножами [Текст] / C.B. Березников, C.B. Фокин,- «Техника и технология»: новые перспективы развития: Материалы X научно-практической конференции (28 августа 2013 года). - М. Издательство «Спутник+»,2013.-С.102-106.

12. Березников, C.B. О выводе и анализе уравнения вращательного движения рубительного диска с ножами различной конструкции [Электронный ресурс] / C.B. Березников, C.B. Фокин,- Научный электронный архив. URL: http://econf.rae.ru/article/7818 (дата обращения: 08.08.2013).

13. Березников, C.B. Вычисление сил и моментов сил сухого трения скольжения при резании древесины комбинированным ножом [Текст] / C.B. Березников, C.B. Фокин.- «Наука и образование в XXI веке»: сб. научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции (30 сентября 2013 года г. Тамбов). /ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2013. - Ч.7.- С.145-146.

14. Березников, C.B. О математической модели процесса резания порубочных остатков комбинированным ножом с тремя лезвиями [Текст] / C.B. Березников, C.B. Фокин - Проблемы и перспективы инновационного развития мирового сельского хозяйства: сборник научных трудов по материалам IV Международной научно-практическая конференции. - Буква,- Саратов,- 2013,- С. 284-287.

15. Березников, C.B. Состав и применение программного комплекса для исследования процессов резания порубочных остатков комбинированным и традиционным ножами [Текст] / C.B. Березников, C.B. Фокин - «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика»: сборн. науч. трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции: ВГЛТА, город Воронеж, 2014. № 2 ч.2- С.234-237.

16. Березников, C.B. Технико-экономические показатели работы новой конструкции дисковой рубительной машины [Текст] / C.B. Березников, C.B. Фокин - Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика: сб. научных трудов по материал, межд. заоч. научно-практической конф.: ВГЛТА, Воронеж, 2014.№ 3 ч.2- С.270-272.,

Просим Вас принять участие в работе дисссовета Д 212.034.02 или отправить составленный отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенными гербовой печатью организации подписями по адресу: 394087, город Воронеж, улица Тимирязева, 8, Федеральное ГБОУ ВПО «Воронежская ГЛТА», Уч. секретарю. Наш телефон: (473)2-53-67-00, факс (473)253-67-02

Подписанов печать 24.01.2015. Формат60x34 1/16.Объем 1,0усл. Печ. Л. Тираж 100 экз. Заказ 41. Типография ИП Зуев A.A. 410071, г. Саратов, ул. Рабочая, 190.