автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Технологические режимы производства шпал из модифицированной древесины путем совмещения стадий пропитки, прессования и сушки

Введение.

Глава 1. Современное состояние проблемы модифицированной древесины

1.1. Характеристики способов модгфицирования древесины .В

1.2. Состояние производства деревянных питая в России и за рубежом.

1.3. Цель и задачи исследования.

Глава 2, Теоретические аспекты получения древесины путем совмещения стадий пропитки, прессования и сушки

2.1. Особенности явлений, происходящих в древесине в ходе процесса совмещения стадий пропитки, прессования и сушки.

2.2. Теоретические аспекты уплотнения древесины совмещенным способом.

2.3. Механизм стабилизации форм и размеров изданий из мода-фицировшшой древесины.

Глава Э. Методика экспериментальных исследований

3.1. Установка для поучения модафицированной древесины совмещенным методом.

3.2. Методика получения математических моделей процесса пропитки, прессования и сушки древесины.

3.3. Методика многокритериальной опшмизации процесса мо~ дифип^фования древесины совмещенным способом.:.

3.4. Методика определения содержания антисептика в древесине . • •

3.5. Методика испытаний стш-шнзатора.

3.6. Методика определения фитко-мек^нических и эксгшуата-ционньк свойств модифицированной древесины.

Глава 4, Результаты исследования техно л о г и ч еских режимов получения модифицированной древесины совмещенным способом и ее свойств.

4.1. Режимы работы экспериментальной установки.

4.2. Придание формоуетойчивости изделиям из модифицированной древесины.

4.3. Математические модели процесса пропиши, прессования .и сушки: древесины.

4.4. Меогокритериапьная оптимизация процесса модифицирования древесины совмещенным способом.

4.5. Физтиюские свойства мо,?.щфшщрованн'ой древесины.

4.6. ГЬочностные свойстве модифицированной древесины

4.7. Экс.шхуатшд'юнные свойства модифицированной древесины

Глава 5, Технико-экономическая эффективность производства и применения железнодорожных шпал из модифицированной древесины

5.1. Организация производства шпал из модифждарованной древесины. 1П

5.2. ('.'обеспечение экологической чистоты производства и эксплуатации изделий из модифицированной древесины. lio

5.3. -Экономическая эффективность производства ншал ш модифицированной древесины в железнодорожном яряншорте.

Ежегодно г- мире зшт>тавливается свыше 2,5 млрд. м' древеса» tibi, которая вместе с полученными из нее материшшмм является основным сырьем для многих отраслей промышхенноеш, етроительст-ва и сельского хозяйства [21, 49, 71, 86, 98].

В проекте основных направлений экономического и социального развитая России на период до 2000 года предусмотрено, в частности, ускорить темпы научно-технического прохресса и обеспечить осуществление единой технической по:штикя путем (»здавм и внедрения тфинцгатаально новых орудий труда, материалов и технологических процессов, хфевосходшдих но своим технико-экономических, показателям лучшие отечественные и мировые достижения, а в области технологии — тирокое внедрение нротрессжтж, особенно непрерывных технологических процессов. Конкретно для лесной, дере-вообрабатьюакяцей и целлюлозно-бумажной промъишхенносш предусмотрено обеспечить комплексное использование древесного сырья и дровяной низкокачестеетной древесины для выработки различной продушдаи, более полную переработку древесины лиственных пород [81].

Среди основных направлений развития современной техеолонш древесины важное место занимают исследования способов ее химической и механической переработки, при этом не всегда рационально перерабатывать низкокачественную древесину на щепу, поскольку в этом случае теряются мноше конструктивные свойства древесины. Гораздо эффективнее наиболее полно использовать заложенные природой положительные качества древесины., усиливая их за счет модифицирования и придавая ей новые свойства [96 !.

Ак;гу ьно сть. р а боты, Шталы в России и развитых странах Европы и Америки изготшливают соответственно из древесины хвойных породе ( срок службы - 15 лет) и из древесины твердых лиственных пород (срок службы 50 лет), Шюльзуя древесину березы, осины и ольхи, которые относятся к быстро восстанавливаемым лесным ресурсам и малоценным породам, и путем модифшдарования можно довести показатели прочностных свойств до соответствующих показателей древесины дуба, и иожадггь шпалы со сроком службы не менее 35 лет. При всем многообразии сложившихся в последнее время способов и технологий модифтщровавия древесины не было ни одной попытки совмещения всех 1рех тешологических стадий (пропитки, прессования и сушки) как по месту, так и по времени, хотя создание такой совмещенной технологии представляется: перепек-тшшым вследствие сокращения временных и энертетческих затрат.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Государственной научно-технической программой «Наследования и разработка по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения» на 1996-2000 г., которая, включает в себя ряд специализировшных нодпрохрамм, в том числе «Комплексное но гюльзование древесного сырья».

Целью настоящего исследовании является технологии получения шпал из древесины мяших лиственных пород путем совмещения стадий пропитки, уплотнения и сушки как по месту, так и по временя и ее оттшизатдия.

Об^ктом исследования является совмещенная технология термомеханического модифицирования древесины.

Мегоди к а.я с с л е д о в а и м й. Поставленные задачи решались посредством теоретических и экснери&шшалышх исследований. Методика исследований соответствовала общепринятой в деревообработке и соответствует ГОСТам. Полученные данные обрабатывались методами математической статистики с использованием стандартных пакетов прикладных программ душ современного персонального компьютера.

Н.атч н а я новйз на, р а б оты: получены уравнения распределена;-! степени деформации и плотности по сечению древесины для каждого этапа совмещенного процесса; исследованы физико-механические и экаюгуатационные свойства полунтал из модифшщровашгой дрежесжны; найдены уравнения, аппроксимирующие распределение физических и прочностных характеристик по поперечному сечению по-лупшалы в направлетжи основных рабочих зон;

- получены математические регресхжонные модели ддхя пяти показателей свойств модифющрованной древесины.

Значимость для теории и практики. Разработана, система прогнозирования свойств модифицированной древесины на основе многокритериальной оптимизации, позволяющая нахо/щть оптимальный технологический режим, создана экспериментальная установка СПВ-1 и изготовлена опытная партия подушная для метрополитена из модифицированной древесины. Доводятся испытания новых полушпал в Московском метро «Чистые пруды».

На основе патента РФ № 2128113 «Способ получения модифицированной древесины» и заявки на патент № 98121186/25 (023187) «Установка для обработки древесшсы» разработан проект цеха по производству железнодорожных шпал годовой щ^оизводительностъю 8294,4 m¿ (69120 шт )

Положения выносимые на защиту: совмещение технолошчееких стадий-- пропитки, прессования я сушки., по месту и по времени; эктериментальная установка ("IIB-1, обеспечивающая получение модифихщроваЕшой древесины совмещсиным способом; техпологичесжие режимы совмещенного способа.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается адекватностью математических моделей, относительной погрешностью результатов эксперимента, не превосходящей допустимое значение в деревообработке 5%. математической обработкой результатов экспериментшжных исследований, с применением ЭВМ, актом лабораторных испытаний иолупшал для метрополитена, изготовленных автором, в В.11ИИЖТе и экономической эффективностью .¡фмменения разработанной технологии в производстве.

А н р о б а ц им раб о ты, Основные положения дисдертационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Рациональное использование ресурсного потенциала в агро-лешом комплексе» (Воронеж, 1998); международной научно-технической конференции «Рациональное использование лесных ресурсов» (Йошкар-Ола, 1999).

Пу б л и кации.ГЬ материалам диссертащюнной работы опубликовано-5 печатных работ, из которых 3 в соавторстве, получен патент на изобретение, установлен приоритет но заявке на патент.

Q.^gM. .JLglРУ.Ё1-У Р а Д и ccepi'a ц и и» Дисс^этационная работа со-' стоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 142 страницах машшюгшсного текста, содержит 32 рисунка, 24 таблицы. Список использованной литературы включает 112 наименований, из них 13 на иностранных языках.

ВЫВОДЫ ;

Испытания шпал-коротышей из модифицированной древесины показали,; что из-за небольшой в 10-15% степени прессования при формировании пластей их основные физико-механические свойства остаются на уровне шпал аналогичных пород из не модифицированной древесины.

При сохранении всех достоинств обычных деревянных шпал наблюдается местное упрочнение древесины в районе сформированных пластей, что приводит к уменьшению механического износа шпал под подкладкой.

В промышленном производстве планируется довести степень прессования древесины до 20-25 %, что дополнительно улучшит их износостойкость.

Применение в производстве шпал для метрополитенов нового антисептика ЖТК с улучшенными технологическими (отсутствие осадков, повышенная проницаемость в древесину) и экологическими (четвертый класс опасности вместо второго у каменноугольного масла, практическое отсутствие запаха) свойствами при той же, что и у каменноугольного масла степени зашиты древесины, позволит улучшить качество их пропитки и значительно снизить вредность при работах, связанных с укладкой таких шпал и текущим содержанием пути.

Применение шпал из модифицированной древесины осины будет возможно при увеличении степени прессования до 20 - 25 %.

Сосновые шпалы имеют недостаточное качество пропитки, повышение которого возможно при применении нового антисептика ЖТК и изменении способа пропитки со способа "горячая - холодная ванна" на "вакуум - атмосферное давление", при котором также повысится качество и скорость сушки или допропитки таких шпал стандартным автоклавным методом (что было проведено для шпал опытной партии).

Использование шпал - коротышей на путях станционных платформ и цельных шпал из модифицированной древесины в перегонных тоннелях метрополитенов не потребует изменения существующей технологии укладки, ремонта и текущего содержания пути.

Исходя из вышесказанного можно рекомендовать укладку опытной партии шпал - коротышей из модифицированной древесины березы и сосны (при соблюдении требований к качеству пропитки и влажности древесины) для проведения полигонных испытаний на станционных путях Московского метрополитена.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ по лабораторным испытаниям шпал-коротышей из модифицированной древесины з аведующии отделением Путевого хозяйства

Заведующий лабораторией ВСП

Руководитель группы Деревянных шпал

С. Н. Шарапов Л. Г. Крысанов В. С. Овчинников

ПОДЛИННЫМ 1

Москва - 1998 г.

Всероссийским научно-исследовательским институтом железнодорожного I юрта в соответствии с утвержденной методикой выполнены лабораторные ис- j ля шпал-коротышей из модифицированной древесины, изготовленных на i

7 1 Iю-промышленной установке по технологии Государственной Воронежской ле- J нической академии и ЗАО "Элекон-строй".

На испытания были представлены семь шпал-коротышей размерами (170 ±5) х

900 ±5) мм из модифицированной древесины - березы, осины и сосны со сред- \ : j пажностью 25% (22,8 - 29,3%). Глубина пропитки сосновых шпал-корртьппей не 7 I; етствовала требованиям ГОСТ 20022.0, что потребовало их дополнительной^ тгки на Рязанском шпалопропиточном заводе. Степень прессования древесины; [юрмировании пластей шпал составляла в среднем 15%. Замечено выпадение в преимущественно на березовых шпалах.

Результаты испытаний оценивались в сравнениях аналогичными показателя-1 и не модифицированной древесины. |

I i

1. ИСПЫТАНИЯ ПО ОЦЕНКЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ШУРУПОВ !

Перед проведением испытаний по определению усилий при завертьщании шу-[ в, их выдергивании и отжатии в опытных шпалах-коротышах производилась! варительная насверловка отверстий диаметром:- 14; 16мм. При этом верхняя! d каждого отверстия на глубину 20 мм рассверливалась диаметром 21 мм. Коли-у зо просверливаемых отверстий каждого диаметра - 3.

Усилия при завертывании шурупов в опытный образец шпалы - коротыша при ичных диаметрах насверловки отверстий определялись с помощью динамометри-ого ключа. !

I j

Выдергивание шурупов из шпалы проводилось на 30-ти тонном прессе с фик| 1ей величины усилия для каждого диаметра отверстия. Норматив усилия на вы -ивание шурупа для деревянной шпалы влажностью 12% составляет 3-3,5 тс. Результаты испытаний приведены в таблице 1.