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 |

Технология производства заготовок из термически модифицированной древесины

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ВЛАДИМИРОВА Елена Григорьевна

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК ИЗ ТЕРМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

05.21.05 «Древесиноведение,

технология и оборудование деревопереработки»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет леса»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Рыкунин Станислав Николаевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, Пищик Игорь Израилевич
кандидат технических наук, доцент Мишков Сергей Николаевич
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КНИТУ»), г. Казань

Защита состоится «16» марта 2012 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.146.03 при Московском государственном университете леса по адресу: 141005, Мытищи-5. Московская обл., 1-я Институтская, 1, МГУЛ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса.

Автореферат разослан «15» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор Рыбин Б.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В связи с повышенным спросом на применение массивной древесины в самых разнообразных сферах деятельности и заинтересованности потребителя в использовании натуральных, экологически чистых материалов возник интерес к термической модификации древесины. Поэтому актуально изучение ее свойств, в сравнении с немодифицированной древесиной. С учетом повышенных затрат на изготовление, необходимо совершенствование технологий производства заготовок из термически модифицированной древесины, учитывающих характеристики качества пиломатериалов.

Цель и задачи исследования. Разработка эффективной ресурсосберегающей технологии выработки заготовок, на основе исследований свойств термически модифицированной древесины, теории раскроя и математических методов оптимизации.

В соответствии с поставленной целью работы решались следующие задачи.

  1. Проведение исследований свойств термически модифицированной древесины в сравнении с немодифицированной.
  2. Разработка метода оценки качества пиломатериалов, предназначенных для раскроя.
  3. Разработка модели оптимизации выработки термически модифицированных и немодифицированных заготовок из пиломатериалов при поперечном их раскрое по критерию прибыли.
  4. Внесение изменений в технологию производства термически модифицированных заготовок по результатам выполненных исследований и решений модели оптимизации.

Методы исследования. Образцы для исследования заготавливались на предприятиях лесопильно-деревоперерабатывающей промышленности.

Экспериментальные данные получены в лабораторных условиях, обработка результатов осуществлялась методами математической статистики.

Раскрой бревен на пиломатериалы проводился в производственных условиях, при этом проводилось фотографирование и паспортизация досок.

Имитация раскроя пиломатериалов на заготовки осуществлялась с помощью компьютерной программы «AutoCAD», в которую вводились цифровые фотографии досок.

Реализация разработанной математической модели выработки термически модифицированных и немодифицированных заготовок из пиломатериалов осуществлялась с помощью компьютерной программы «Раскрой».

Научные положения, выносимые на защиту. Результаты исследований физико-механических свойств термически модифицированной древесины различных пород в сравнении с немодифицированной древесиной.

Метод оценки качества пиломатериалов по суммарной длине бездефектных участков и величине выхода основной заготовки.

Метод расчета выхода коротких заготовок из бездефектных участков пиломатериалов.

Оптимизационная математическая модель раскроя пиломатериалов на термически модифицированные и немодифицированные заготовки по критерию суммарной прибыли.

Научная новизна результатов работы. Получены дополнительные данные по физико-механическим свойствам термически модифицированной древесины различных пород в сравнении с немодифицированной древесиной.

Выявлено, что качество образцов после термического модифицирования бревен, оказалось ниже по сравнению с образцами, полученными после модифицирования пиломатериалов.

Предложена оценка качества пиломатериалов по суммарной длине бездефектных участков и величине выхода основной заготовки.

Разработан метод расчета выхода коротких заготовок из бездефектных участков с использованием методов математической статистики.

Разработана и получена в явном виде оптимизационная математическая модель выработки термически модифицированных и немодифицированных заготовок из пиломатериалов при их поперечном раскрое по критерию прибыли.

Достоверность и обоснованность научных результатов. В работе использовалось современное лабораторное оборудование, в том числе лаборатории Лаппеенрантского технологического университета (г. Лаппеенранта, Финляндия) и Исследовательского березового центра (Koivu Keskus, п. Руоколахти Финляндия), лаборатории Московского государственного университета леса, установки для проведения термической модификации торговой марки «Вакуум Плюс». Объем экспериментальных работ и их математическая обработка обеспечивает достоверность результатов. Использование цифровых фотографий при раскрое пиломатериалов на заготовки повысило достоверность данных вводимых в компьютерную программу.

Личный вклад диссертанта в решение поставленных задач. Все теоретические и лабораторные исследования в работе выполнены автором самостоятельно. Автор лично спланировала, организовала и провела на базе Лаппеенрантского технологического университета, Исследовательского березового центра (Финляндия) и МГУЛ всю экспериментальную часть работы. Самостоятельно были проделаны работы по определению физико-механических свойств термически модифицированной древесины в сравнении с немодифицированной, а также работы по нахождению регрессионных уравнений объемного выхода основной заготовки и бездефектных участков. Автором лично выполнены разработка метода расчета выхода коротких заготовок из бездефектных участков, а также разработка оптимизационной математической модели раскроя пиломатериалов на термически модифицированные и немодифицированные заготовки из пиломатериалов при их поперечном раскрое по критерию суммарной прибыли.

Практическая значимость работы. Разработана технология производства заготовок из термически модифицированной древесины, которая может быть использована на действующих и создаваемых лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях. Потребителям термической модифицированной древесины при анализе качества предлагаемого на рынке материала рекомендуется использовать данные полученные в диссертационной работе.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Основные результаты диссертационной работы соответствуют п. 1 «Исследование свойств и строения древесины как объектов обработки (технологических воздействий)» и п. 2 «Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты с целью получения высококачественной и экологически чистой продукции» из паспорта специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки».

Реализация результатов работы. Результаты исследования физико-механических свойств используются компанией - производителем установок для сушки и термической модификации древесины (торговая марки «Вакуумплюс»), на ООО «Галицкий завод», компанией «Литинтермодом» для совершенствования технологических процессов сушки и термической модификации древесины.

Результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре технологии лесопиления и деревообработки Московского государственного университета леса.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались:

  • на пленарном заседании и конференции международной академии наук о древесине IAWS-2009, «Лес как возобновляемый источник жизненных ценностей в изменяющемся мире» (г. Москва, 2009 г.);
  • на третьем российско-финляндском лесном саммите (г. Санкт-Петербург, 2009 г.);
  • на международной научно-практической конференции «Культура дерева дерево в культуре» (г. Ростов-Великий, 2010 г.);
  • на ежегодных научно-технических конференциях МГУЛ (2010 г., 2011 г.);
  • на конференции «Тенденции в мебельной промышленности на основе экологически чистых материалов» (г. Красноярск, 2011 г.);
  • на четвертой международной конференции «Инновации в лесной промышленности и инженерном дизайне» INNO 2011 IUFRO (г. София, Болгария).

Результаты исследований использованы при написании научно-исследовательских отчетов:

  • «Исследование влияния свойств древесины березы на параметры пилопродукции: отчет о НИР (заключ.)»: № 1.35.07 / Московский государственный университет леса (МГУЛ); рук. С.Н. Рыкунин; исполн. Е.Г. Владимирова [и др.] – М., 2010. – 94 с.;
  • «Разработка примерных образовательных программ профессионального цикла для магистров по направлению «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» с использованием результатов исследований научных школ: отчет о НИР (заключ.)»: № 3.1.1/9339 / Московский государственный университет леса (МГУЛ); рук. В.Г. Санаев; исполн. Е.Г. Владимирова [и др.] – М., 2011. – 132 с.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 научных трудов, в том числе три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, указана цель и задачи исследования, приведены методы исследования, изложены научные положения, выносимые на защиту, научная новизна, достоверность и обоснованность научных результатов, указаны практическая значимость и реализация результатов работы.

В первой главе рассматривается литература по исследованиям свойств термически модифицированной (специально обработанной при высоких температурах от 160 до 240 °С, без добавления каких-либо химических веществ) древесины. Вопросами химических изменений в древесине во время обработки при повышенных температурах занимались Д.Н. Лекторский, А.А. Берлин, В.Г. Матвеев, E. Windeisen, W. Gard. V. Mttnen, M. Bckstrm, T. Krki и другие изучали покоробленность термически модифицированной древесины; E. Fruhwald, S. Poncsak, E. Giebeler, Jun Li Shi прочность древесины. M. H. Akyildiz и S. Ates рассматривали влияние высокотемпературной обработки на влагосодержание некоторых древесных пород. Изучением влияния метода термообработки на уменьшение гигроскопичности и размероизменяемости древесины занимались П.С. Серговский, Л.О. Лепарский, Н.Я. Солечник, B.C. Чудинов, L.A. Hansen и A.I. Stamm и другие. Комплексным изучением термически модифицированной древесины занимались Технический исследовательский центр Финляндии (VTT), D. Johansson, V. Erkki, C. Hill, B. Kllander и C. Bengtsson, K. Luostarinen, M. Hyttinen, H. Militz, T. Syrjnen, W. Homan, A.O. Rapp, Xie Yan-jun и другие. Однако требуются дальнейшие исследования, что объясняется отсутствием четкой классификации режимов термической модификации древесины, а также технологических регламентов. Поэтому было необходимо провести сравнение свойств термически модифицированной древесины с немодифицированной.

Себестоимость изделий из термически модифицированной древесины значительно выше, чем из немодифицированной древесины за счет высокой себестоимости термически модифицированных пиломатериалов. Поэтому особое внимание целесообразно уделить технологии производства заготовок из этих пиломатериалов.

Вопросам раскроя пиломатериалов на заготовки посвящены работы П.П. Аксенова, Б.К. Лакатоша, Ю.П. Тюкиной, В.Ф.Ветшевой, А.Н. Песоцкого, В.С. Ясинского, С.Н. Рыкунина и ряда других. В этих работах приведена информация о способах раскроя пиломатериалов на заготовки, методах расчета выхода заготовок, оценке качества пиломатериалов, предназначенных для поперечного раскроя.

Также в главе приводится информация о существующих европейских и американских стандартах по оценке качества пиломатериалов.

Перечисленные исследования выполнялись для немодифицированных пиломатериалов. При разработке технологии производства термически модифицированных заготовок нужны другие подходы, которые могут быть основаны на новой оценке качества пиломатериалов, формировании групп качества пиломатериалов на основе теории раскроя и математических методов оптимизации.

Вторая глава посвящена экспериментальным исследованиям по определению физико-механических свойств термически модифицированной древесины. Приводится методика отбора образцов и расчета их необходимого количества. Испытания проводились на малых образцах. Использовались образцы древесины сосны, ели, березы, дуба, граба из различных мест произрастания. Исследования проводились в Финляндии в Исследовательском березовом центре (п. Руоколахти) и в Лаппеенрантском технологическом университете (г. Лаппеенранта), а также в России в Московском государственном университете леса. Образцы сосны и березы, заготовленные в Финляндии обрабатывались по финской технологии Thermowood, при которой древесина нагревается до высоких температур 180-230 °С в присутствии пара. Образцы для испытаний в МГУЛ обрабатывались по технологии «Вакуумплюс». Особенностью технологии является термическая модификация древесины в вакуумных и конвективных установках при температурах 160-220 °С.

В Исследовательском березовом центре Финляндии проводились испытания древесины после термической модификации на покоробленность. Для опыта были отобраны 333 доски размером 32x95x3500 мм, порода - береза. Основным критерием отбора было отсутствие покоробленности на пиломатериалах. Начальная влажность древесины соответствовала свежесрубленной. Пиломатериалы были высушены в камере конвективной сушки до транспортной влажности. Затем обработаны в камере для термической модификации в течение 40 часов до влажности 3-6% (t 185-190°С). Затем образцы были измерены на наличие покоробленности по скандинавской методике учета пиломатериалов. Полученные данные занесены в протоколы испытаний.

В Лаппеенрантском технологическом университете Финляндии были проведены испытания на прочность древесины сосны на предварительно заготовленных термически модифицированных пиломатериалах. Имеющиеся пиломатериалы были получены из 86 стволов древесины, которые в свою очередь были распилены на 280 бревен. Длина бревен была 4,83 м и 3,10 м соответственно. Бревна были рассортированы на 4 группы: A (комлевое бревно), B (второе бревно, по направлению от комля к вершине), С1 (третье бревно, по направлению от комля к вершине), С2 (четвёртое бревно, по направлению от комля к вершине). Все бревна были распилены по 8-и поставам. Выпиленные пиломатериалы имели следующие типоразмеры: сечения 25100 мм, 38100 мм, 50150 мм, длина 4830 мм и 3100 мм. В процессе распиловки, каждой доске был присвоен код, который давал следующую информацию: номер постава, номер ствола, тип бревна, длина бревна, место расположения в бревне, расположение доски в поставе, направленность доски в поставе (справа, слева). Все пиломатериалы были обработаны по двум классам термической модификации S (для хвойных пород t 190 °С) и D (для хвойных пород t 212°С). На малых образцах размером 20х20х300 мм исследовалась прочность древесины при статическом изгибе. Было испытано около 1300 образцов.

В Московском государственном университете леса были проведены экспериментальные исследования термически модифицированной древесины в сравнении с немодифицированной. По принятым методикам определялись: влажность, усушка, разбухание, влагопоглощение, водопоглощение, плотность, покоробленность, предел прочности при статическом изгибе, предел прочности при сжатии вдоль волокон, ударная вязкость при изгибе, статическая твердость древесины.

Работы проводились на образцах сосны из Брянской области, прошедших термическую модификацию в бревнах диаметром от 120 мм до 280 мм. Из немодифицированных и прошедших термическую модификацию бревен были выпилены пиломатериалы размером 50х150х3000 мм, (100 досок). Из пиломатериалов были изготовлены следующие образцы: 20х20х300 мм (200 шт.), 50х50х50 мм (100 шт.), 20х20х30 мм (200 шт.), 20х20х10 мм (500 шт.), на которых проводились испытания.

Также испытывались образцы березы и ели из Тверской области, которые были выпилены из пиломатериалов размеров 40х150х3000 мм (120 досок). Из пиломатериалов были изготовлены следующие образцы: 20х20х300 мм (120 шт.), 20х20х30 мм (240 шт.), 20х20х10 мм (600 шт.).

Испытывались образцы сосны, дуба и граба с Винницкой области Украины, которые прошли термическую модификацию в пиломатериалах, размером 50х150х3000 мм (130 досок). Из пиломатериалов были изготовлены следующие образцы: 50х50х50 мм (60 шт.), 20х20х300 мм (260 шт.), 20х20х30 мм (260 шт.), 20х20х10 мм (650 шт.).

Термически модифицированная древесина заготавливалась и испытывалась вместе с немодифицированной при одинаковых условиях.

После заполнения протоколов испытаний была проведена статистическая обработка результатов.

Установлено, что необходима разработка нормативной документации для термически модифицированной древесины с учетом существующих стандартов, международного опыта и особенностей древесины.

В третьей главе рассмотрены результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств. Образцы термически модифицированной и немодифицированной древесины сравнивались при их влажности в момент испытания, так как это наиболее интересный с точки зрения эксплуатации показатель. Обработка результатов испытаний проводилась по ГОСТ 16483.0-89.

По результатам исследования покоробленности пиломатериалов из березы в Исследовательском березовом центре Финляндии выявлено, что наиболее распространенным пороком после термической модификации является крыловатость - 91% из общего числа досок, значение от 5 до 10 мм; затем покоробленность продольная по кромке - 67%, значение от 3 до 6 мм; покоробленность продольная по пласти - 56%, значение от 3 до 6 мм и поперечная покоробленность только 3%, значение от 1 до 1,5 мм. Также замечено, что покоробленность продольная по пласти убывает по высоте штабеля, покоробленность продольная по кромке убывает по высоте штабеля, а крыловатость возрастает по высоте штабеля.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.