автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Система функционального обеспечения локального комплекса механической обработки древесины

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ.

1.2. ИЗВЕСТНЫЕ СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ОЧИСТКИ ЗОНЫ ОБРАБОТКИ И СОТС ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ.

1.3. СОВРЕМЕННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ И ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ДРЕВЕСИНЫ.

1.3Л. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗВЕСТНЫХ УСТРОЙСТВ

ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ СУСПЕНЗИЙ.

1.3.2. ПРОГРЕССИВНЫЕ ФИЛЬТРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА С

ПОДВИЖНОЙ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ ПЕРЕГОРОДКОЙ.

1.4. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛОКАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ.

2.1. ЛОКАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ (ЛКМОД) И ЕГО СИСТЕМА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНР1Я.

2.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ФИЛЬТРАЦИИ ПЫЛИ ИЗ ЗОНЫ

ОБРАБОТКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОТС В ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖМОД. 68 2.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛКМОД С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ И ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ.

2.4. ВЫВОДЫ.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛКМОД.

3.1. СТЕНД ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ.

3.3. СОПОСТАВИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.3.1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ФИЛЬТР-НАСОСА ТИПА ФЦЖ.

3.3.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ФИЛЬТР-НАСОСА.

3.4. ВЫВОДЫ.

4. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛКМОД В ЦЕХОВЫХ УСЛОВИЯХ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА.

4.1. ОСОБЕННОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ СИСТЕМЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛКМОД В ИНФРАСТРУКТУРУ ЦЕХА.

4.2. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЙ ОБРАЗЕЦ СИСТЕМЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛКМОД И РЕЗУЛЬТАТЫ ЕГО ИСПЫТАНИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ.

4.3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО

СНИЖЕНИЮ ЭНЕРГОЗАТРАТ И ПОВЫШЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В ЗАМКНУТОЙ

СИСТЕМЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЛКМОД. I

4.4. ВЫВОДЫ.

Одной из важнейших задач, стоящих перед отечественной промышленностью, является выпуск товарной продукции, которая отвечает требованиям качества и конкурентоспособна на мировом рынке. Данная задача является актуальной для предприятий машиностроительного комплекса, в частности, судостроения. При отделке внутренних помещений судов применяется большое количество изделий из древесины. К качеству их изготовления предъявляются высокие требования, что определяет специфику финишных операций, требующих применения ленточно-шлифовальных станков и соответствующих инструментов.

К числу факторов, сдерживающих развитие деревообрабатывающего производства судостроительных предприятий, относятся эвакуация стружки из рабочей зоны станка с обеспечением допустимой концентрации и переработка ее до вида вторичной продукции. Нормативы запрещают использование деревообрабатывающих станков без систем удаления стружки, которая по структуре и размерам является пылью. Общецеховые системы переработки воздуха не решают проблемы, так как они не защищают рабочее место от попадания пыли. В цехах появились локальные комплексы механической обработки древесины (ЛКМОД), в состав которых входят: станок и система функционального обеспечения. Такой комплекс является комплектным оборудованием для механической обработки древесины. Он обеспечивает выпуск продукции и защиту рабочей зоны от попадания пыли. Тем самым появляется возможность выполнения жестких ограничений по экологической безопасности.

Важным недостатком существующих систем функционального обеспечения ЛКМОД является то, что сопутствующие технологические среды (СОТС), в качестве которых, как правило, используется вода, осуществляют мокрую очистку от пыли и удаляются вместе с ней через канализацию. При этом имеет место повышенный расход СОТС, исключается возможность применения специальных водных эмульсий. Предприятие вынуждено дополнительно оплачивать услуги Водоканала или создавать собственные защитные сооружения.

Данная проблема имеет весьма эффективное решение путем создания систем функционального обеспечения в составе ЛКМОД, работающих по схеме оборотного водоснабжения, т.е. в замкнутом цикле многократного использования СОТС.

Задача использования данного резерва в реальных условиях обработки на современных деревообрабатывающих станках является актуальной.

Значимость решения указанной задачи привела к необходимости выполнения работ в рамках ряда отраслевых научно-технических программ: МНТК «Надежность машин», «Экология деревообрабатывающих производств» и др.

Цейью работы является снижение энергозатрат системы функционального обеспечения ЛКМОД на основе замкнутого цикла применения СОТС.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

• Анализ ситуации в исследуемой области. Выявление проблем, связанных с функциональным обеспечением механической обработки изделий из древесины.

• Разработка системы функционального обеспечения локального комплекса механической обработки древесины.

• Экспериментальные исследования системы функционального обеспечения ЛКМОД.

• Реализация системы функционального обеспечения ЛКМОД в цеховых условиях действующего деревообрабатывающего производства. Патентная защита принятых технических решений.

Научная новизна полученных в работе результатов заключается в:

- предложений структуре системы функционального обеспечения ЛКМОД на основе классификации способов и устройств для пылеудаления, позволяющей осуществлять замкнутый цикл применения СОТС;

- разработанной физической модели процесса разделения водных суспензий древесной пыли на фильтре с подвижной разделительной перегородкой, позволяющей осуществлять непрерывную регенерацию фильтрующей поверхности;

- полученных зависимостях для определения производительности фильтр-насоса с подвижной разделительной перегородкой, которые позволили предложить систему многократного использования СОТС;

- выполненном моделировании системы функционального обеспечения ЛКМОД, которое позволило выбрать рациональные кинематические и динамические характеристики фильтра с подвижной разделительной перегородкой и оценить основные параметры разработанной системы функционального обеспечения ЛКМОД.

Практическая ценность выполненных разработок заключается в:

- реализации системы функционального обеспечения ЛКМОД в цеховых условиях, что позволило снизить энергозатраты и повысить экологическую безопасность на предприятии;

- разработке конструкции фильтр-насосов типа ФЦЖ в составе системы функционального обеспечения ЛКМОД, которые защищены в вариантах на уровне патентов и свидетельств на полезную модель РФ допустимых режимов в пространстве варьируемых параметров с учетом грибологических особенностей наномодификаторов в трибосопряжениях.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием разделов теорий резания, механики сплошных сред, фильтрации; удовлетворительным совпадением результатов расчетов и экспериментов; положительным эффектом внедрения разработанных устройств и опытных образцов в промышленных условиях.

Реализация в промышленности. Создан опытно-промышленный образец системы функционального обеспечения ЛКМОД, испытания которого проводились в цехе № 24 ФГУП "Адмиралтейские верфи". Он принят к внедрению на предприятий с возможностью распространения на предприятия деревообрабатывающей промышленности России.

Апробация работы. Научные результаты, представленные в диссертации, докладывались в интервале 2001-2003 г.г. на ряде Международных научно-технических конференций серии «Технологии третьего тысячеления» и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 117 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 17 таблиц, список литературы, включающий 167 наименования, два приложения.

4.4. Выводы по главе

По результатам реализации системы функционального обеспечения ЛКМОД в цеховых условиях можно сделать следующие выводы:

1. Проведенные исследования и разработки позволили создать и реализовать на практике, в цеховых условиях систему функционального обеспечения ЛКМОД.

2. В основу разработанной и исследованной системы функционального обеспечения ЛКМОД положен локальный комплекс оборотного водоснабжения.

3. В качестве основного компонента в схеме локального оборотного водоснабжения использованы прогрессивные технические решения конструктивно представленные фильтр-насосами типа ФЦЖ.

4. Конструкция фильтр-насосов типа ФЦЖ защищена в вариантах на уровне патентов и свидетельств на полезную модель РФ.

5. Реализация системы функционального обеспечения ЛКМОД в цеховых условиях снижает энергозатраты и повышает экологическую безопасность на предприятии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложена структура системы функционального обеспечения ЛКМОД на основе классификации способов и устройств для пылеудаления, позволяющая осуществлять замкнутый цикл применения СОТС в процессе механической обработки древесины;

2. Разработана физическая модель процесса разделения водных суспензий древесной пыли на фильтре с подвижной разделительной перегородкой, позволяющая осуществлять непрерывную регенерацию фильтрующей поверхности.

3. На основе данной теории полумены зависимости для определения производительности фильтр-насоса с подвижной разделительной перегородкой, которые позволили предложить систему многократного использования СОТС.

4.» Выполнено моделирование системы функционального обеспечения ЛКМОД, которое позволило выбрать рациональные кинематические и динамические характеристики фильтра с подвижной разделительной перегородкой и оценить основные параметры разработанной системы функционального обеспечения ЛКМОД.

5. Подтверждена экспериментально возможность непрерывной очистки водной суспензии древесной пыли на фильтре с подвижной раздел ите л ь н о й п ере город ко й.

6. Применение фильтр-насоса типа ФЦЖ позволяет уменьшить габариты и массу элементов системы функционального обеспечения ЛКМОД, а также обеспечить непрерывную фильтрацию суспензий древесной пыли с непрерывной регенерацией рабочей поверхности фильтра.

7. Сопоставительные результаты расчетных и экспериментальных исследований показали удовлетворительную сходимость в пределах 22,7%.

8. По результатам экспериментальных исследований были предположены оригинальные конструктивные решения для фильтр-насосов типа ФЦЖ, позволяющие увеличить его производительность системы функционального обеспечения на 18-25 %.

9. Проведенные исследования и разработки позволили создать и реализовать на практике, в цеховых условиях систему функционального обеспечения ЛКМОД.

10. В основу разработанной и исследованной системы функционального обеспечения ЛКМОД положен локальный комплекс оборотного водоснабжения.

13. В качестве основного компонента в схеме локального оборотного водоснабжения использованы прогрессивные технические решения конструктивно представленные фильтр-насосами типа ФЦЖ.

12. Конструкция фильтр-насосов типа ФЦЖ защищена в вариантах на уровне патентов и свидетельств на полезную модель РФ.

13. Реализация системы функционального обеспечения ЛКМОД в цеховых условиях снижает энергозатраты и повышает экологическую безопасность на предприятии.

1. Алоев A.M. Исследование процесса удаления осадка с фильтра при воздействии импульсов гидродинамического давления: Автореф. канд. техн. наук - М.: 1980. - 26 с.

2. Амаглобели И.П. Основы теории медленного движения ньютоновских и неньютоновских жидкостей в капиллярах и ее применение к расчету «нелинейной» фильтрации: Автореф. канд.техн. наук М., 1969. -28с.

3. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М.: Высшая школа. 1978. - 319 с.

4. Афифи А. Статистический анализ: Подход с использованием ЭВМ/Пер, с англ. И.С. Енюхова: Под ред. ГЛ. Башарина. М.: Мир, 1982.-488с.

5. Алиев Г.М. А. Устройство и обслуживание газоочистных и пылеулавливающих установок М., Металлургия, 1980, 386 с.

6. А.с. 44918 СССР. МКИ3 в 01 d, 4. Фильтр для жидкостей/ М.Н. Розин (СССР). №1666577; Заявлено 01.04.35; Опубл. в БИ№11 1935. - с.20

7. А.с. 97616 ССР, МКИ1 12 d, 15. Непрерывно действующий барабанный фильтр / Р.И. Спинов (СССР). № 447230/3093; Заявлено 1 7.06.1952; Опубл. В БИ. 1954, № 4. - с. 12.

8. А.с. 98539 ССР, МКИ3 12 d, 15. Напорный мешочный фильтр непрерывного действия / В.Н. Кичигин (СССР). № 448023/3361; Заявлено 03.12.1952; Опубл. В БИ, 1954, № 7. - с. 10

9. А.с. 116822 ССР, МКИ' 12 d, 15. Центробежный фильтр / К.В. Красноярский (СССР). № 594898; Заявлено 10.03.58; Опубл. В Б.И. , 1958, № 12.-е. 22

10. А.с. 178791 ССР, МКИ3 в 012 d. Фильтр центробежный пульсационный / В.П. Корчи г (СССР). № 949025 / 23-26; Заявлено 25.03.65; Опубл. В БИ № 4. - с. 14

11. А.с. 181620 ССР, МКИ3 в 01 D. Фильтр-сгуститель / Н.С. Фортунатов, Г.Б. Брусиловский, А.Р. Симанович (СССР) № 765115 / 23-26; Заявлено 16.02.62; Опубл. В БИ, 1966, № 10. - с. 24

12. А.с. 971420 СССР, МКИ3 в 01 D 27/12. Самоочищающийся патронный фильтр / В.К. Забоев, Б.С. Ширков, В.С, Колеров (СССР). № 8308830 / 23-26; Заявлено 19.06.81; Опубл. В Изобр. В СССР и за рубежом, 1983, вып. 16, №5.-с. 21

13. А.с. 1011165 СССР, МКИ3 в 01 D 25/26. Самоочищающийся фильтр / Г.В. Трофимов (СССР). № 333376/23-26; Заявлено 01.09.81; Опубл. в БИ., 1983., №14. -с. 20

14. А.с. 101168 СССР, МКИ3 в 01 D 29/10. Напорный фильтр / В.А. Романенко, В.Е. Кропачев (СССР). № 3377035 / 23-26; Заявлено 29.12*81; Опубл. вБИ, 1983 № 14. - с. 21

15. А.с.101 1169 СССР, МКИ3 в 01 D 27/12. Вакуум-фильтр сгуститель / А.А, Гонтаренко, В.В. Тищук, НЕ. Вовк (СССР). № 3221714 / 2326; Заявлено 23.12.80; Опубл. в БИ, 1983, № 14. -с.21

16. А.с. 1011171 СССР, МКИ3 в 01 D 33/02. Фильтр для разделения суспензии / Ю.П. Эглисис, И.А. Кобринский, И.И. Брод (СССР). -Опубл. в БИ, 1983, №14. -с. 22

17. А.с.1012948 СССР, МКИ3 в 01 D 33/06.Самооищающийся фильтр / В.К. Забаев, Г.М. Малкин (СССР). № 3392410/23-26; Заявлено 12.02.82; Опубл. вБИ, 1983, № 15.-е. 27

18. А.с. 1022724 СССР, МКИ3 в 01 D 37/00 Способ фильтрации суспензий / Н.Я. Любам, А.Н. Услов, Г.К. Имангазиева, Е.Ш. Мадин и др. (СССР). № 3279240/23-26; Зааявлено 24.04.81; Опубл. в БИ, 1983, № 22. - с. 13

19. А.с.1095949 СССР, МКИ3 в 01 D 33/02. Ротор фильтра / М.И. Ильин, С.В. Марченко, А.А. Протуренко, П.В. Сайков (СССР). № 3516252 /23-26; Заявлено 26.11.82; Опубл. В БИ, 1984, № 21. - с.12

20. А.с. 1150000 СССР, МКИ3 в 01 D 23/10. Фильтр для очистки воды / А.П, Пархомец, Ю.В. Раскин (СССР). № 3631511/23-26; Заявлено 09.08.83; Опубл. в БИ, 1985; № 14. - с. 23

21. А.с.795550, Андреев Ю.Б., Бахаревич Е.В., Фильтр, 1977.

22. Ватунер Л.М., Позин М.Е. Математические методы в химической технике. -Л.: Химия, 1971. 823 с.

23. Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины, гидроприводы. / Т.М. Башта, С.С. Рубнев, Б.Б. Некрасов, О.В. Байбаков, Ю.Л. Кирилловский. 2-е изд. Перераб. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

24. Белкин П.Н., Черненко Ж.С. Авиационные фильтры и очистителигидравлических систем. М. : Машиностроение, 1964. - 83 с. '

25. Бактеяров В.Д., Антонова С.А. и др. Справочник по деревообработке. "Лесная промышленность", М., 1975.

26. Бейлин М.И., Теоретические основы процессов обезвоживания углей. М., "Недра", 1969, 237 с.

27. Боуден Ф,П., Фейбор Д. Трение и смазка твердых тел. Пер. с англ. М., "Машиностроение", 1968, 543 с.

28. Буглай Б.М. Технология столярно-мебельного производства. "Лесная промышленность", М„ 1987.

29. ВОДА и сточные воды в пищевой промышленности /Пер с польск. и под ред. В.М. Капа. М.: Пищевая пром-сть, 1972. - 384 с.

30. Волобуев U.K. Исследование процесса разделения жидких полидисперсных систем при использовании вибрирующего фильтрующего элемента: Дне. канд.тех.наук. -М.-; 1967. -171 с.31.