Введение к работе
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.
-
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.
-
Разработать математические модели для исследования процессов взаимодействия древесного сырья с рабочим органом дисковой рубительной машины (рубительным диском).
-
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.
-
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.
-
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).
-
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.
-
Математическая модель для исследования взаимодействия ножевых дисков с измельчаемой древесиной.
-
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.
-
Зависимости влияния формы рабочей поверхности диска и заточки ножей, скорости резания при верхнем и горизонтальном способах выброса на фракционный состав щепы.
-
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.
