Совершенствование технологии роторной окорки лесоматериалов путем оптимизации основных параметров процесса (16.11.2010)

Автор: Газизов Асгат Мазхатович

0,3 м, до и после которого наблюдается прямо противоположное влияние dб на угловую поправку ??. При использовании короснимателей с длиной L, сопоставимой с Lкр, при любом диаметре бревна угловая поправка стремится к постоянной величине, равной: ??=const=0,7 рад. (40,1 град.). Анализ показал, что максимальные значения поправки ?? имеют место при малых диаметрах бревна и больших значениях длины короснимателя L.

На практике нашли применение два типа короснимателей: у первых жесткость в направлении подачи превышает жесткость в плоскости ротора, у вторых – наоборот. В первом случае применяемое на практике значение ?о = 60-70 град. следует считать завышенным и приводящим к частым поломкам короснимателей, поскольку при таких значениях установочного угла огибание сучка сопровождается критическими деформациями самого короснимателя. Во втором случае изгиб происходит в направлении подачи и коросниматель обходит пенек сучка сбоку. Оптимальной представляется такая конструкция короснимателя, когда передняя грань выполнена с переменным значением ?о. Указанные обстоятельства требуют более детального исследования особенностей развития процесса селективной окорки применительно к работе внешнего ротора, коросниматели которого непосредственно взаимодействуют с пеньками сучков.

достигает соответствующих величин предельной характеристики прочности на скалывание коры ?ск (корки ?скк или луба ?скл ), т.е. должны выполнятся соответствующие условия:

, кН/м. Для реализации разработанной модели выбраны три породы: сосна, ель и береза при условии окорки свежесрубленного (W=100-130%) бревна на станке типа 2ОК63-1. Технические характеристики станка: скорость подачи обоих роторов одинакова и изменяется в диапазоне uп=0,2-1,0 м/с; F1=730-2900 Н; число короснимателей -6; число ? -135, 180 об/мин; частота вращения роторов – 2,5-5с-1; dб=0,1-0,55м; L =0,2-0,38 м, задний и передний углы – соответственно 0,785 и 0,25 рад.; ? =1,74-2,35 рад., R=0,47. Толщина корки hкр варьировалась в пределах от 5 до 50% величины hк. Толщина луба принималась как hкл=hк-hкр. Величины пределов прочности коры сосны, ели и березы ?ск поперек волокон соответственно: ?ск= 0,33, 0,78 и 1,42 МПа. В качестве базового варианта расчета для станка 2ОК63-1 принимался случай рассмотрения массива коры как единого целого. Отталкиваясь от базового варианта были выполнены расчеты при условии реализации селективных принципов окорки.

, необходимых для разрушения слоев корки и луба.

Таблица 3. Результаты расчетов усилий окорки

Сосна 8,03 16,02 1,41

Ель 13,73 32,51 6,11

Береза 34,83 178,1 27,5

для коры возрастают практически в 2 раза для сосны, достигая 5-кратного увеличения для березы.

Рис. 14. Влияние толщины корки на соотношение удельных сил при окорке:

1 – сосны; 2 –ели; 3 – березы

При больших значениях толщины корки березы наблюдается существенный рост удельных затрат на ее разрушение, что вызывает необходимость увеличения нормальной силы прижима Fс. Это, в свою очередь, при взаимодействии короснимателя с сучком, обусловливает возникновение растягивающей силы Fp, определяемой с помощью соотношения (15) с учетом коэффициента усиления Ку.

На рис. 15 представлена зависимость коэффициента Ку от диаметра сучка dс=0,005-0,025м и диаметра бревна dб =0,25-0,55м. Данные соответствуют значениям угла ?кр=0,25-1,0 рад. (14-57 град.), L=0,25м, hc= dс/2. Как видно, при снижении dб с ростом характерного размера dс коэффициент усиления возрастает и при критических величинах может достичь значений 4-5, что негативно сказывается на физическом состоянии короснимателя и условиях окорки в целом.

На рис. 16 представлено влияние критического угла ?кр на величину Ку при L=0,25, dс=0,02, hc=0,01 и dб =0,25м.

при разрушении корки, свидетельствует о целесообразности применения параметров окорки с тенденцией роста угловых значений ?кр при соблюдении условия: ?кр>arcctg ?б. Следует также отметить, основываясь на результатах выполненных исследований, что с ростом параметра L коэффициент усиления Ку снижается до 1, а при малых диаметрах бревна – до 0,5 и менее. Интенсивность и величина этого снижения в зависимости от dб представлены на рис. 17.

Рис. 15. Влияние диаметров бревна и сучка на величину коэффициента усиления Ку

Рис. 16.Зависимость коэффициента Ку от критического угла ?кр

короснимателями первого ротора компенсируется адекватным снижением величины коэффициента усиления Ку при их возможном взаимодействии с пеньками сучков. Таким образом, выполненные исследования, установленные на их основе закономерности и полученные расчетные соотношения позволяют надежно прогнозировать результаты селективной роторной окорки и повысить показатели эффективности технологических процессов.

Рис. 17. Зависимость величины Ку от длины L: 1 - dб=0,25 м; 2 - dб=0,35 м; 3 - dб=0,55 м

Разработанные математические модели реализованы в виде макроса в программе Microsoft Excel, созданного в виде автоматизированного рабочего места «Расчет параметров процесса роторной окорки».

4. Объект, аппаратура, методика и условия проведения

экспериментальных исследований

В данном разделе описаны задачи экспериментальных исследований, выполнен выбор и обоснование места проведения экспериментальных исследований, измеряемых показателей и характеристик, описан стенд и электроизмерительная аппаратура экспериментальных исследований, дано обоснование точности измерения и достоверности эксперимента, длительности опыта или числа измерений.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях. Оригинальный лабораторный стенд, конструкция которого защищена патентом, позволил с большой точностью получить экспериментальные данные о параметрах процесса окорки, в том числе селективной, а также влиянии основных параметров предмета труда и настроек окорочного станка на достижение качественных показателей окорки.

Экспериментальные исследования в производственных условиях проводились на базе ЗАО «Ломоносовский ДПЗ». В программу этого этапа экспериментальных исследований входило определение параметров предмета труда – пиловочных бревен, подлежащих окорке, а также производственная проверка теоретических рекомендаций по выполнению селективной окорки на роторном окорочном станке. Последняя фаза экспериментальных исследований проводилась на автоматизированной линии окорки-сортировки.

5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований

В результате исследования математических моделей, которая производилась при помощи прикладных программ «MatСad 2005. Professional» и «Excel 2005», входящей в пакет прикладных программ «Office XP Professional» для операционной системы Windows ХР, установлено, что значение толщин массива коры в целом, отдельных ее слоев - пробки и луба, в зависимости от диаметра бревна, наиболее точно описываются полиномиальной зависимостью с коэффициентом аппроксимации от 0,737 до 0,937. Результаты экспериментальных исследований отличаются от теоретических не более чем на 8%. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований, значение коэффициента неравномерности с определением доверительного интервала, позволяет утверждать, что разработанные математические модели адекватны объекту исследования. Автоматизированное рабочее место «Расчет параметров процесса роторной окорки», разработанное на основании математических моделей, позволяет автоматизировать и существенно сократить трудоемкость расчета основных параметров роторной окорки круглых лесоматериалов в различных условиях.

6. Оценка технико-экономической эффективности внедрения селективной окорки круглых лесоматериалов на предприятиях лесопромышленного комплекса

В данном разделе приведено содержание экономических исследований утилизации отходов окорки на предприятиях ЛПК, рассмотрены экономические вопросы использования отходов окорки в условиях рыночных отношений на предприятиях ЛПК. Дана общая оценка необходимых предпосылок рациональной утилизации отходов окорки, приведена экономическая классификация отходов окорки, рассмотрены принципы экономической оценки эффективности утилизации отходов окорки, обосновано формирование цены и прибыли на продукцию из отходов окорки, дана оценка экономической эффективности внедрения селективной окорки на предприятиях ЛПК.

Общие выводы.

Повышение качества окорки круглых лесоматериалов является одним из основных направлений научно-технического прогресса лесной промышленности. Данное направление научных исследований входит в створ Перечня Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации, утвержденного Президентом РФ 21 мая 2006 г. Пр-843 (пункт «Рациональное природопользование»).

Отделенные друг от друга в процессе окорки пробковый и лубяной слои коры основных лесообразующих пород являются ценными полуфабрикатами для производства различных товаров для народного хозяйства. Особенно важно иметь возможность селективной окорки хвойных пород древесины, поскольку до настоящего времени не разработано технологий эффективной утилизации отходов окорки хвойных деревьев, включающих пробку и луб.

Разработанная математическая модель роторной окорки с использованием тупых короснимателей, основанная на механизмах деформаций элементарного объема сплошной среды и построении обобщенных диаграмм Мора, позволяет оценить нормальные и касательные компоненты приведенного давления в толще массива коры и условия его разрушения на границе с древесиной различных пород деревьев.

Установленные на основе реализации математической модели количественные соотношения зависимости величины приведенного давления от угловых, силовых и кинематических параметров управления процессом окорки позволяют произвести сравнительный анализ степени их влияния на достижение заданного качества отделения коры от древесины в конкретных технологических условиях.

Рассматривая массив коры как трехкомпонентную среду, содержащую твердую, жидкую и газообразную компоненты, обоснован детерминированный метод оценки влияния влажности, температуры, диаметра бревна, величины сбега на достижение необходимой и достаточной удельной силы окорки.

Учитывая, что в реальных производственных условиях факторы влияния и параметры управления процессом окорки являются переменными величинами и варьируются в широких пределах, разработанный вариационный метод на основе имитационного моделирования устанавливает допустимые диапазоны их вариаций, которые обеспечивают стабилизацию качественных показателей окорки.

Разработанный метод расчета параметров селективной роторной окорки лесоматериалов при использовании типоразмерного ряда двухроторных окорочных станков, учитывающий отличительные особенности разрушения слоев корки и луба различной толщины, позволяет обосновать такой выбор угловых и геометрических характеристик короснимателя в сочетании с силовыми параметрами, обеспечивающих выполнение процесса селективной окорки.

Установлен линейный характер возрастания относительной прочности коры с увеличением относительного диаметра, т.е. масштабный эффект среды разрушения является существенным. Проявление масштабного эффекта в зимнее время существенно выше, чем при окорке летних бревен.

Запатентованный стенд для измерения и регистрации процессов роторной окорки круглых лесоматериалов показал надежную и точную работу в процессе проведения экспериментальных исследований, что позволяет рекомендовать его для дальнейших исследований.


загрузка...