авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Обоснование геометрических параметров формы рабочей поверхности диска и ножей рубительной машины

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Симонова Ирина Витальевна

Обоснование геометрических параметров формы

рабочей поверхности диска и ножей рубительной машины

05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Петрозаводск, 2007 г

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

Петрозаводский Государственный Университет

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Васильев Сергей Борисович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Цыпук Александр Максимович кандидат технических наук, Тропин Владилен Федорович
Ведущая организация Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия

Защита диссертации состоится « » _____________ 2007 г.

в ____ часов на заседании диссертационного Совета Д212.190.03 при Петрозаводском государственном университете по адресу: 185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского государственного университета

Автореферат разослан « » ____________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ____________________ В. В. Поляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Сегодня общий объем производства российского лесопромышленного комплекса не превышает 3% мирового объема, при запасах древесины, равных 22% мировой площади лесов. При общем объеме лесозаготовок 191 млн. м3, 48 млн. м3 отправляется на экспорт в виде круглого леса (по цене до 70 долларов США за один м3), 60-70 млн. м3 используется для переработки на внутреннем рынке (с продажей готовой продукции на экспорт по средней цене 150 долларов), а 40-50 млн. м3 идет в отходы или используется в качестве дров. При этом импорт зарубежной лесопродукции углубленной переработки (в подавляющем большинстве бумаги и картона) в Россию составляет около 8-9 млн. м3. При этом цена продукта достигает 700 долларов.

Потребление одного из важнейших видов продукции углубленной переработки древесины - продукции целлюлозно-бумажных производств - находится на низком уровне по отношению к другим странам и имеет существенный потенциал роста. При этом по данным российского Министерства экономического развития и торговли уровень потребления продукции целлюлозно-бумажных производств находится в прямой зависимости от уровня ВВП, определяющего степень экономического развития страны.

Переориентация лесной политики России с преобладания экспорта круглого леса на углубленную переработку сырья на своей территории и производство высокотехнологичных видов продукции требует ускоренного развития современных технологий, носящего инновационный характер.

Одним из важнейших видов продукции первичной переработки леса является щепа.

Щепа, производимая непосредственно в лесу или из отходов деревообрабатывающих производств рассматривается как один из перспективных видов топлива в развивающейся биоэнергетике.

Технологическая щепа более высоких эксплуатационных показателей (Ц1, Ц2, Ц3) является сырьем для целлюлозно-бумажной промышленности, уровень развития которой в значительной степени характеризует и уровень развития всего лесопромышленного комплекса, его ориентированность на производство дорогостоящей конкурентоспособной продукции. И здесь от качества производимой щепы значительно зависит качество конечной продукции.

Для производства щепы используются различные рубительные машины, в первую очередь – дисковые. Они характеризуются относительной простотой устройства, надежностью и стабильностью работы, высокой производительностью. Важнейшим направлением модернизации таких машин является обеспечение снижения потерь древесины при производстве щепы и улучшение её фракционного состава. На оба этих фактора несомненно оказывают влияние конструктивные параметры рубительных дисков, самих ножей, способы подачи древесины к диску и выброса щепы.

Имеющиеся исследования и рекомендации по данной проблематике носят, зачастую, разноречивый характер.

В этой связи проблема обоснования рациональных параметров конструкции дисковых рубительных машин для производства щепы требуемого фракционного состава с минимальными потерями древесного сырья является важной, сложной и требующей ускоренного решения.

Цель ИССЛЕДОВАНИЯ: Снижение потерь древесины при производстве щепы и улучшение её фракционного состава путем обоснования геометрических параметров формы рабочей поверхности диска и ножей рубительной машины.

Задачи исследования:

  1. Изучить имеющуюся информацию о конструкции и работе дисковых рубительных машин, теоретические исследования процесса взаимодействия измельчаемой древесины с элементами конструкции машины при образовании щепы и дать их критический анализ, позволяющий определить, какие параметры и как влияют на производительность рубительных машин, качество фракционного состава получаемой щепы, уменьшение её потерь.
  2. Разработать математические модели для исследования процессов взаимодействия древесного сырья с рабочим органом дисковой рубительной машины (рубительным диском).
  3. Разработать методику экспериментальных исследований для определения степени влияния геометрических параметров формы рабочей поверхности дисков и ножей рубительных машин на качество щепы и потери древесного сырья.
  4. Оценить значимость и установить степень влияния геометрических параметров формы рабочей поверхности диска и ножей рубительной машины на качество щепы и потери древесного сырья с учётом совокупности других конструктивных и технологических параметров рубительной машины.
  5. Разработать методику расчёта параметров рабочей поверхности диска рубительной машины, учитывающую особенности расположения ножей на поверхности диска и расположение загрузочного патрона относительно диска (привязка загрузочного патрона).
  6. Дать рекомендации по дальнейшей модернизации конструкции диска и ножей перспективных рубительных машин и совершенствованию соответствующих технологических процессов.

Объекты и методы исследования. Технологические процессы переработки древесины на щепу. Экспериментальные, опытные и серийные образцы отечественных дисковых рубительных машин. Режимы и конструктивные параметры, влияющие на качество вырабатываемой щепы.

Использовались методы математического моделирования, экспериментальных исследований, статистической обработки полученных материалов.

Научная новизна работы. Разработана математическая модель для исследования кинематики взаимодействия ножевых дисков с измельчаемой древесиной, позволяющая проводить анализ процесса подачи (самозатягивания) бревен малого и максимального диаметров.

Выполнены исследования влияния форм геометрии диска и заточки ножей на качество фракционного состава щепы при различных способах выброса щепы.

Впервые экспериментально обоснована возможность применения плоского диска с ножами геликоидальной формы заточки.

Даны рекомендации по совершенствованию конструкций дисковых рубительных машин.

Научные положения выносимые на защиту.

  1. Математическая модель для исследования взаимодействия ножевых дисков с измельчаемой древесиной.
  2. Методика и результаты экспериментальных исследований определения степени влияния геометрических параметров формы рабочей поверхности дисков и ножей рубительных машин на качество щепы и потери древесного сырья.
  3. Зависимости влияния формы рабочей поверхности диска и заточки ножей, скорости резания при верхнем и горизонтальном способах выброса на фракционный состав щепы.
  4. Рекомендации по конструкции дисков и ножей перспективных рубительных машин и совершенствованию соответствующих технологических процессов.

Обоснованность и достоверность Результатов исследований. Достоверность положений, математических зависимостей, полученных экспериментальных данных, выводов и рекомендаций работы обеспечивается адекватностью принятых математических моделей реальным процессам и подтверждена статистическими проверками и натурными испытаниями исследуемых объектов – рубительных машин. Все результаты исследований и выводы обоснованы теоретическими решениями и экспериментальными данными, не противоречат известным положениям теории резания и измельчения древесины, согласуются с известным практическим опытом создания рубительных машин, положительным опытом внедрения в производство.

Практическая ценность и внедрение результатов работы. Результаты исследований могут быть использованы разработчиками рубительных машин для производства древесной щепы в целлюлозно-бумажном промышленности и производстве топливной щепы в биоэнергетике.

Результаты работы использованы при обосновании конструкции и создании новых образцов дисковых рубительных машин объединением «ПетрозаводскМАШ» (темы № 31-07 и № 32-07) и модернизации рубительной машины на предприятии «Петрозаводский ДОК».

Предложенные автором математические зависимости для исследования процесса измельчения древесины ножами различной геометрии формы рекомендуется использовать в учебном процессе кафедры целлюлозно-бумажных и деревообрабатывающих производств Лесоинженерного факультета ПетрГУ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты работы были представлены на семинарах кафедры (2006, 2007г.г.), научно-практической конференции «Структурная перестройка лесного комплекса Республики Карелия» (Петрозаводск, 2005), призводственном совещании на предприятии «Петрозаводский деревообрабатывающий комбинат» (2007), при обсуждении результатов исследований ПетрГУ по темам № 31-07 и № 32-07 с ЗАО «ПетрозаводскМАШ» (2007).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в четырех печатных работах, включая одну, опубликованную в изданиях списка ВАК (Известия Санкт-Петербугской лесотехнической академии. Вып. 179). Еще одна работа принята к опубликованию в «Известия вузов. Лесной журнал», также входящего в список ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 117 с., в том числе 101 с. машинописного текста, 35 рисунков, 19 таблиц, 3 приложения. Список использованных источников включает 172 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, научные положения, выносимые на защиту, отмечены теоретическая и практическая значимости, а также научная новизна работы.

В первом разделе проанализированы работы по теме исследования. Приведён анализ нормативно-технической базы, регламентирующей качественные показатели щепы. Установлено, что исходя из требований, предъявляемых к щепе технологией ее дальнейшей переработки, а также учитывая особенности процесса доизмельчения крупной щепы, к потерям древесины при производстве щепы можно отнести сумму мелкой фракции, отсева и 40 % крупной фракции.

Проведен анализ типов рубительных машин, детально рассмотрены дисковые рубительные машины. Выделены основные параметры машин и проанализирована имеющаяся в литературе информация об их влиянии на эффективность работы. Изучены теоретические разработки процесса взаимодействия измельчаемой древесины с элементами конструкции машины при образовании щепы. Рассмотрено современное состояние теории и практики производства щепы дисковыми рубительными машинами, проведен анализ представлений о причинах изменения фракционного состава щепы, рассмотрены имеющиеся в литературе математические модели процесса образования щепы в дисковых рубительных машинах и их соответствие реальным процессам.

На основе анализа информации сделаны следующие выводы:

1. В настоящее время нет четкого представления о том, какими должны быть форма рабочей поверхности диска и задней грани ножа. Экспериментальные исследования по этому вопросу малочисленны, противоречивы и трудно сопоставимы, так как проводились на различных (несопоставимых) по техническим характеристикам рубительных машинах.

2. Теоретически установлена взаимосвязь между угловыми параметрами, характеризующими взаимное расположение элементов режущего ножа в процессе резания. Проведенные в этой области экспериментальные исследования выявили, что значение заднего угла резания ножей дисковых рубительных машин должны находиться в пределах 2…5°.

3. Теоретические исследования процесса взаимодействия измельчаемой древесины с ножами и рабочей поверхностью диска носят фрагментарный характер и не позволяют оценить влияние конструктивных параметров рубительных машин на скорость подачи бревен (самозатягивание) и качество получаемой щепы.

4. Исследования влияния формы рабочей поверхности диска и заточки ножей на фракционный состав щепы необходимо проводить с учетом влияния таких параметров, как скорость резания и способ выброса готовой щепы.

5. В зависимости от технологии, применяемой для производства щепы долю потерь можно считать: 1) как сумму долей мелкой фракции и 40 % крупной – при наличии оборудования для доизмельчения крупной фракции, 2) как сумму долей мелкой и крупной фракции – при отсутствии такого оборудования.

На основании выводов поставлены задачи и разработан план исследований.

Во втором разделе проводится теоретическое исследование влияния профиля рабочей поверхности диска и заточки ножей на скорость подачи бревен (самозатягивание) и качество получаемой щепы.

Теоретические исследования выполнены на основе разработанных математических моделей, описывающих процессы подачи бревен малого и максимального диаметров.

Одна из расчетных схем, использовавшаяся при разработке математических моделей показана на рис. 1.

Здесь лезвие ножа LF направлено по радиусу диска, вращающегося относительно оси OY с постоянной угловой скоростью , что соответствует установившемуся режиму работы рубительной машины.

Задняя грань ножа v наклонена к плоскости самого диска под углом , обеспечивающим процесс затягивания бревна. Лезвие выпущено за плоскость диска на величину h.

В принятой системе координат (рис. 1) уравнения линии лезвия имеют следующий вид:

(1)

 Схема взаимодействия ножа с бревном-1

Рис. 1. Схема взаимодействия ножа с бревном малого

диаметра

Уравнение плоскости задней грани ножа, проходящей через линию лезвия и плоскость самого диска описывается в следующей форме:

. (2)

А уравнение прямой AВ оси бревна, пересекающей плоскость задней грани ножа в точке Е описывается в виде

, (3)

Тогда координаты точки Е(x, y, z) контакта оси бревна с задней гранью ножа равны

(4)

Подставляя полученные значения координат в уравнение (2), получим

, (5)

где

.

Взяв производные от координат x, y, z по времени имеем значение составляющих скорости подачи (затягивания) оси бревна

;

; (6)

;

где

;

;

.

Зная покоординатные составляющие скорости подачи оси бревна, полное её значение n в момент отруба определим по известному кинематическому соотношению

. (7)

Аналогичные зависимости выведены для случая подачи бревна максимальных размеров (ограничение по диаметру загрузочного патрона машины).

В этом случае выявлено кинематическое несоответствие скоростей подачи точек, разнесенных по диаметру бревна. Чем обусловлено появление срывов в процессе подачи (самозатягивания).

На основе анализа расчетов, проведенных по полученным математическим моделям, для устранения выявленного кинематического несоответствия и обеспечения равномерности подачи бревна самозатягиванием обоснована возможность применения геликоидальной рабочей поверхности диска и геликоидальной формы заточки ножей

Фронтальная проекция цилиндрической геликоиды представляет собой синусоиду с длиной волны, равной шагу Р, и амплитудой, равной радиусу окружности основания образующего цилиндра.

Развертка части цилиндрической поверхности, ограниченной геликоидой на длине одного витка, представляет собой прямоугольный треугольник, гипотенуза которого - развертка витка геликоиды, больший катет - развертка окружности основания цилиндра, равная d, и меньший катет - шаг Р.

В заключение раздела приведена методика расчета параметров геликоиды. На рис. 2 показано сечение её поверхности.

Рис. 2. Сечение рабочей поверхности по дуге

Угловые параметры могут быть рассчитаны по формуле

, (8)

где – текущий угол обнижения; – радиус характеризующий положение точки на режущей кромке ножа; – угол между осью измельчаемого бревна и плоскостью вращения диска, измеренный в вертикальной плоскости; lщ – длина щепы; где nн – количество ножей на диске.

В третьем разделе приведена методика экспериментальных исследований на полупромышленной установке. При проведении экспериментальных исследований измельчались окоренные отрезки еловых бревен длиной 1,2 м и диаметром в вершинном торце 120 мм. Древесина не содержали гнили, имела степень окорки не ниже 90 %, массовая доля влаги в ней была 45-50 %, температура – не ниже 0° С.

Работы проводились на плоском и геликоидальном дисках с ножами, имеющими прямую и геликоидальную заточку. Влияние способа выброса исследовалось на установке с верхним и горизонтальным выбросом щепы, для чего были изготовлены два различных кожуха.

На первом этапе исследовалось влияние формы рабочей поверхности диска и заточки ножей на фракционный состав щепы при верхнем способе выброса. При этом сравнивались три варианта наладки диска: 1 – геликоидальная форма рабочей поверхности диска и геликоидальная заточка ножей; 2 – плоская рабочая поверхность диска и прямая заточка ножей; 3 – плоская рабочая поверхность диска и геликоидальная заточка ножей. Для каждого варианта наладки диска были проведены рубки при значениях скорости резания 17; 24; 31 и 38 м/с. На диске было установлено шестнадцать ножей.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.