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 | 3 | 4 | 5 |

Совершенствование технологии роторной окорки лесоматериалов путем оптимизации основных параметров процесса

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ГАЗИЗОВ Асгат Мазхатович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РОТОРНОЙ ОКОРКИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА

05.21.01. – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт-Петербург – 2010.

Работа выполнена на кафедре технологии лесозаготовительных производств Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С.М. Кирова

Научный консультант – доктор технических наук, профессор

Григорьев Игорь Владиславович

Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор

Минаев Александр Николаевич

доктор технических наук, профессор

Шегельман Илья Романович

доктор технических наук, профессор

Герц Эдуард Федорович

Ведущая организация – Государственное образовательное

учреждение высшего

профессионального образования

«Московский государственный

университет леса»

Защита диссертации состоится «___» я 2010 г. в _______ на заседании диссертационного Совета Д.212.008.01 в Северном (Арктическом) федеральном университете / 163002, Архангельск, набережная Северной Двины 17/.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «_____» сентября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время перед лесным сектором экономики РФ остро стоит ряд проблем, одной из которых, является повышение эффективности лесоэксплуатации и деревопереработки. Известно, что окорка древесины является одной из наиболее энерго- и трудоемкой операцией первичной лесопереработки, которая осуществляется на всех типах лесопромышленных складов.

Несмотря на многообразие различных расчетных схем по определению оптимальных технологических параметров окорки, следует признать, что теоретически, в рамках единой математической модели, взаимное влияние основных природно-производственных факторов и параметров управления на достижение качественных результатов окорки до настоящего времени изучено явно не достаточно. Наряду с этим, существующие методы расчета являются детерминированными и исходят из условия постоянства значений факторов влияния и параметров управления процессом окорки, тогда как эти величины в общем случае являются переменными и варьируются в широких пределах.

В результате выполнения окорки образуются значительные объемы отходов, которые в настоящее время не находят эффективного применения. Можно утверждать, что без возможности эффективной утилизации отходов, особенно при обработке хвойных пород, процесс окорки не может быть признан эффективным, иначе говоря, качественным. Данное утверждение наглядно подтверждается рядом составляющих известной петли качества. Учеными – лесохимиками разработаны технологические процессы утилизации отходов окорки хвойных пород, но для них требуется отдельно пробковый слой коры, и отдельно лубяной.

Эффективность выполнения окорки существенно сказывается на эффективности всей технологической цепочки лесопромышленного склада, имеющего такую операцию.

Развитие отраслевой науки должно быть направлены на создание «эффективной системы использования природных ресурсов». Именно это требование содержалось в одном из посланий Президента РФ Федеральному Собранию. Оно конкретизировано и развито в Концепциях развития лесного хозяйства и лесопромышленного комплекса, одобренных Правительством России. В Перечень Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в РФ, утвержденного Президентом РФ 21 мая 2006 г. Пр-843 включен пункт «Рациональное природопользование». Вышесказанное позволяет утверждать, что повышение эффективности окорки лесоматериалов является весьма актуальной проблемой.

Цель работы. Совершенствование технологии механической окорки лесоматериалов за счет обоснования основных параметров работы роторных окорочных станков для конкретных производственных условий.

Объект исследований. Кора и древесина основных лесорастительных пород.

Предмет исследования. Процесс механической окорки лесоматериалов в роторных окорочных станках.

Научная новизна работы. Разработанные и исследованные математические модели роторной окорки, отличающиеся оценкой параметров деформаций элементарного объема сплошной среды и обобщенных диаграмм Мора, позволяют оценить нормальные и касательные компоненты приведенного давления в толще массива коры и условия его разрушения на границе с древесиной различных пород.

Значимость для теории и практики. Математические модели роторной окорки и результаты их исследования углубляют теорию механической окорки круглых лесоматериалов и технологии лесозаготовительного и деревообрабатывающего производств. Предложенная методика расчета и управления основными параметрами процесса позволяет разрабатывать организационные, технологические и технические мероприятия, обеспечивающие стабильность качественных показателей окорки круглых лесоматериалов на роторных окорочных станках.

Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена: применением методов математической статистики; проведением экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях и подтвержденной адекватностью полученных моделей за счет удовлетворительной сходимости экспериментальных и теоретических данных.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на Научной конференции профессорско-преподавательского состава БГАУ (Уфа, 1993 г.); Международной научной конференции «Лес - 2000» (Брянск, 2000 г.); Научно-практической конференции «Интеграция науки, образования и производства для развития лесного хозяйства и лесопромышленного комплекса» (Воронеж, 2001 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности и устойчивости развития АПК» (Уфа, 2005 г.); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Интеграция аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути решения» (Уфа, 2008 г.); Первой и второй международных научно-практических Интернет конференциях «Леса России в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2009 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2009 г.); Межвузовской научной конференции «Молодая мысль: Наука. Технологии. Инновации» (Братск, 2009 г.); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины: пиломатериалы, фанера, деревянные дома, заводского изготовления, столярно-строительные изделия» (Санкт-Петербург, 2009 г.); Всероссийской научно-практической конференции аспирантов, соискателей и докторантов (МГТУ, г. Майкоп, 2008 г.); и ежегодных научно-технической конференции Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С.М. Кирова в 20072009 гг. Часть материалов работы вошла в проект «Селективная окорка лесоматериалов», который по итогам конкурса на лучшие инновационные проекты в сфере науки и высшего образования в 2009 году, проводимого Комитетом по науке и высшей школе Санкт-Петербурга, признан победителем в номинации «Лучшая научно-инновационная идея». Часть материалов работы получена при выполнении НИР по государственному контракту П1209 по ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы», по направлению «Переработка и утилизация техногенных образований и отходов» в рамках мероприятия 1.3.1.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в сорока печатных работах, включая одну монографию. Десять статей опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов докторских диссертаций. Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах по НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы. Общий объем работы 350 страниц. Диссертационная работа содержит 93 рисунка, 26 таблиц. Список литературы содержит 319 наименований.

На защиту выносятся следующие положения:

  • Разработанная математическая модель роторной окорки, основанная на механизмах деформаций элементарного объема сплошной среды и построении обобщенных диаграмм Мора, позволяющая оценить нормальные и касательные компоненты приведенного давления в толще массива коры и условия его разрушения на границе с древесиной различных пород деревьев.
  • Установленные количественные соотношения зависимости величины приведенного давления от угловых, силовых и кинематических параметров управления процессом окорки, позволяющие произвести сравнительный анализ степени их влияния на достижение заданного качества отделения коры от древесины.
  • Детерминированный метод оценки влияния влажности, температуры, диаметра бревна, величины сбега на достижение необходимой и достаточной удельной силы окорки.
  • Метод расчета параметров селективной роторной окорки лесоматериалов при использовании типоразмерного ряда двухроторных окорочных станков, учитывающий отличительные особенности разрушения слоев корки и луба различной толщины, позволяющий обосновать выбор угловых и геометрических характеристик короснимателя в сочетании с силовыми параметрами, обеспечивающие процесс селективной окорки лесоматериалов.
  • Методика оценки экономической эффективности внедрения селективной окорки на предприятиях лесопромышленного комплекса.
  • Стенд для исследования процесса окорки лесоматериалов, предназначенный для измерения и регистрации показателей процессов, характеризующих режимы работы роторного окорочного станка и свойства массива коры лесоматериала.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована актуальность темы диссертационной работы, определена цель исследований, изложены научная новизна, значимость для теории и практики, сформулированы основные положения выносимые на защиту.

1. Состояние проблемы и задачи и исследования.

В разделе произведен обзор и анализ литературных источников по повышению качества и эффективности окорки. Рассмотрено место окорки в современных технологических процессах лесозаготовительного и деревообрабатывающего производства; дан сравнительный анализ способов окорки круглых лесоматериалов; выполнен анализ типоразмерных рядов роторных окорочных станков и их инструментального оснащения. Проанализировано влияние строения и состояния коры на параметры процесса окорки. Сделан обзор авторских свидетельств и патентов по окорочно-зачистным станкам и устройствам к ним. Критически проанализированы современные методы расчета параметров процесса окорки древесины.

Фундаментальный вклад в теорию окорки лесоматериалов внесли С.П. Бойков, С.Б. Васильев, А.В. Житков, Б.Г. Залегаллер, В.Д. Никишов, Л.М. Перелыгин, Г.И. Торговников, Б.Н. Уголев, М.Н. Симонов, Н.Л. Леонтьев, И.Р. Шегельман, Н.Ф. Пигильдин, Ф.И. Копернн и др. ученые СПбГЛТА, МГУЛ, ВГЛТА, ПетрГУ, ЦНИИМЭ, КарНИИЛПКа и др.

Анализ НИР показал, что, несмотря на многообразие различных расчетных схем по определению оптимальных технологических параметров окорки, теоретически, в рамках единой математической модели, взаимное влияние основных факторов и параметров управления на достижение качественных результатов окорки до настоящего времени изучено не достаточно. Существующие методы расчета являются детерминированными и исходят из условия постоянства значений факторов влияния и параметров управления процессом окорки, тогда как эти величины в общем случае являются переменными и варьируются в широких пределах.

На основании анализа сформулированы выводы и задачи исследования:

  1. Разработать и исследовать математические модели роторной окорки круглых лесоматериалов, с учетом механизмов деформаций элементарного объема сплошной среды, основанные на построении обобщенных диаграмм Мора.
  2. На основе построенной математической модели, получить количественные соотношения зависимости величины приведенного давления от угловых, силовых и кинематических параметров управления процессом окорки, позволяющие произвести сравнительный анализ эффективности их применения и степени влияния на достижение заданных качественных показателей отделения коры от древесины.
  3. Обосновать детерминированный метод оценки влияния влажности, температуры, диаметр бревна, величины сбега на достижение необходимой и достаточной удельной силы окорки.
  4. Для реальных производственных условий, при которых факторы влияния и параметры управления процессом окорки являются переменными величинами и варьируются в широких пределах, разработать вариационный метод расчета, устанавливающий допустимые диапазоны их вариаций, и пределы в которых обеспечивается стабильность качественных показателей окорки.
  5. Разработать метод расчета параметров процесса селективной роторной окорки лесоматериалов при использовании типоразмерного ряда двухроторных окорочных станков, учитывающий отличительные особенности разрушения слоев корки и луба различной толщины, позволяющий обосновать оптимальный выбор угловых и геометрических характеристик короснимателя в сочетании с силовыми параметрами.
  6. Разработать и изготовить стенд для измерения и регистрации основных параметров процесса роторной окорки круглых лесоматериалов.
  7. Экспериментальным путем исследовать процессы, возникающие при роторной окорке круглых лесоматериалов, с целью получения данных об адекватности разработанных математических моделей.
  8. Разработать показатели и методы оценки качества окорки круглых лесоматериалов.
  9. Разработать методику экономической оценки повышения качества окорки круглых лесоматериалов.

2. Методика оценки и управления эффективностью работы окорочного оборудования

В данной главе обоснована методика оценки и показателей эффективности работы окорочных станков, дана оценка качества окорки, рассмотрено применение петли качества для оценки работы окорочного оборудования, приведена методика управления качеством работы окорочного оборудования, выполнено обоснование необходимости внедрения селективной окорки круглых лесоматериалов. Установлено, что отделенные друг от друга в процессе окорки пробковый и лубяной слои коры основных лесообразующих древесных пород могут являться ценными полуфабрикатами для производства различных товаров для народного хозяйства. Показано, что до настоящего времени не разработано технологий эффективной утилизации отходов окорки хвойных деревьев, включающих пробку и луб.

3. Теоретические исследования процесса разрушения коры при роторной окорке древесины

При окорке круглых лесоматериалов в сложных условиях, характеризуемых факторами влажности (W,%), температуры (T,oC), большими диаметрами бревна (dб, м) и рядом других, эффективность процесса отделения коры при использовании роторных станков зависит от большого числа параметров, в ряде случаев противоположного действия. Основными из этой совокупности параметров являются угловые, силовые и кинематические параметры окорки.

Математическая модель процесса роторной окорки и исследование способов управления его параметрами

Рассмотрим процесс отделения коры от древесины с помощью скребкового короснимателя при следующих угловых параметрах (рис. 1, а). Примем в качестве угла окорки (резания)– угол >/2 между передней гранью кулачка и плоскостью, касательной к поверхности бревна диаметром dб в месте контакта ее с рабочей кромкой, а за установочный угол резания о > /2 примем угол между передней гранью кулачка и плоскостью, проходящей через ось качания и рабочую кромку. Выбор угловых характеристик определяется: диаметром бревен dб и параметрами станка расстоянием от оси качания короснимателей до рабочей кромки (L) и диаметром оси ротора (R).

Отделение коры от древесины происходит путем реализации механизма сдвига под действием давления передней грани кулачка. Рассмотрим нормальную силу Fс, перпендикулярную к плоскости передней грани, и действующую на участок коры толщиной hк с площадью контакта s (рис. 1, б), величина которой зависит от геометрических и угловых параметров рабочей кромки короснимателя и диаметра бревна dб. Указанная сила связана с силой прижима короснимателя F1 соотношением:

. (1).

Нормальной силе Fс препятствуют две силы (рис. 1 б): Т1 сила трения коры о коросниматель

, (2)

где тр коэффициент трения и Т2 сила внутреннего сцепления частиц коры (С):

, (3)

k=tg коэффициент внутреннего трения.

Суммируя силы Т1 и Т2 и, разделив результат на площадь контакта s, определим величину горизонтального давления qг.

 Схема разрушения массива коры: а)-3

Рис. 1. Схема разрушения массива коры:

а) взаимодействие короснимателя с корой; б) слой коры под давлением; в) предельные круги Мора; 1-древесина; 2- кора; 3-коросниматель; 4- окоренная поверхность

Зависимость давления qг от вертикального давления qв установим с помощью обобщенной диаграммы Мора с учетом уменьшения силы внутреннего сцепления вследствие сокращения площади контакта при увеличении сдвига частиц коры:

, МПа, (4)

где j bк сдвиг частиц коры, предельное значение которого равно величине подачи бревна за 1 оборот короснимателя; bк – ширина снимаемой коры. Необходимо отметить, что в пределе отношение , т.е. оно является обратной величиной коэффициента перекрытия Kп.

Таким образом, анализ соотношения (4) показывает, что при деформации сдвига j= bк значение сил внутреннего сцепления снижается до нуля.

Диаграмма Мора для двух кругов предельных напряжений с диаметрами соответственно равными пределу прочности на разрыв р и сж представлена на рис. 1, в. Секущая Sт, проходящая через вершины А и В окружностей, в первом приближении представляет собой огибающую кругов Мора, т.е. угол ее наклона к оси Ох примем за (k =tg), а ординату точки пересечения с осью Оу за сцепление С. В этом случае, когда наряду с сжимающими (отрицательными) напряжениями присутствуют растягивающие (положительные), величины С и следует рассматривать не как истинные физические характеристики, а как параметры аппроксимированной диаграммы сдвига, отражающие влияние сцепления и угла внутреннего трения на развитие процесса разрушения.

Тогда получим соотношения для определения параметров С и k:

. (5)

Вертикальное давление qв, действующее на переменный слой hс коры, определим из решения задачи о вдавливании штампа (рис. 1, б).

Деформация (дифференциал dhс) элементарного слоя в направлении Z действия qв равна:

, (6)



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 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.