Введение к работе
Актуальность темы. Фанерная промышленность России ежегодно производит 1,0 млн. м3 березовой фанеры при расходе сырья 2,8 м3 на 1 м3 фанеры. В технологический процесс изготовления фанеры на предприятиях включена окорка сырья на станках роторно-скребкового типа. В результате этого ежегодно образуется ~ 315 тыс. пл. м березовой коры - отходов сложного состава.
Существует много способов использования березовой коры. Целесообразно использовать отходы окорки березового фанерного сырья в виде отдельных компонентов (бересты и луба), которые являются ценным сырьем для многих производств. Созданием оборудования и технологии для разделения отходов окорки фанерного сырья на бересту и луб занимается мало организаций. Существуют только единичные образцы экспериментального оборудования для переработки отходов окорки фанерного сырья на бересту и луб. Они основаны на применении специализировапного и типового оборудования. Оборудование имеет малую производительность с низким качеством продукции, требует больших энергозатрат. Подача отходов в специализированное оборудование осуществляется неорганизованным потоком только крупных отходов, составляющих примерно 45% от объема образующихся отходов. Это обеспечивает малый выход бересты и луба от первоначального их содержания на чураках. Типовое оборудование (дезинтегратор и молотковые мельницы) расщепляет бересту на тонкие лепестки и измельчает значительную ее часть до размеров менее 10 мм, что приводит к уменьшению выхода дегтя из бересты и увеличению длительности процесса его изготовления. Большинство недостатков, присущих экспериментальному оборудованию, обусловлено тем, что процесс отделения луба от бересты в нем плохо управляемый. Разработка эффективной технологии и оборудования для переработки отходов окорки фанерного сырья на бересту и луб на основе научно обоснованных методов разделения луба и бересты, является актуальной научно-технической проблемой.
Цель работы - повышение эффективности и качества переработки отходов окорки березового фанерного сырья на компоненты.
Объекты исследований: процессы разделения отходов окорки березового фанерного сырья на компоненты и экспериментальные промышленные образцы основного технологического оборудования (надрезатель коры, отделитель луба и пневмосепаратор).
Научная новизна работы. Научную новизну имеют:
большинство методов, па которых базируется технологическая система разделения отходов окорки березового фанерного сырья на компоненты, а именно: метод получения рабочей фракции коры (РФК) с заданными размерами; метод получеши двух номеров РФК, имеющих различные диапазоны толщин бересты; метод послойной ориентированной подачи РФК в отделяющие роторы; метод отделения луба от бересты фрезерованием; метод получеши мелкой фракции яуба при его отделении от бересты; метод пневмомеханического разделения не связанных между собой частиц луба и бересты;
математическая модель процесса нанесения продольных надрезов на ко-
4 ре чураков (пространственное надрезание уплотняющегося материала);
математические модели фрезерования пористого, уплотняющегося, слоистого, анизотропного материала (силовое взаимодействие ножей с продуктами разделения, оценка качества отделения, оценка мощностных затрат на фрезерование луба при ориентированной и неориентированной подаче РФК);
закономерности, выявленные в принципиально новой технологической системе, образующие в совокупности теорию разделения продуктов окорки на луб и бересту, включающие аналитические и экспериментальные зависимости качественных и мощностных показателей прпоцесса от режимных параметров оборудования и стохастических характеристик исходного продукта, а также зависимости параметров силового взаимодействия ножей с продуктами разделения от механических факторов (степень уплотнения, пределы прочности материалов, влажность и др.);
методики экспериментальных исследований процесса отделешія луба от бересты и принципиально нового оборудования и полученные на их основе экспериментальные зависимости: толщины бересты от диаметра чураков; удельной силы резания луба и бересты от параметров рабочих режимов и характеристик инструмента (передние углы ножей фрезерующих роторов); показателей качества отделения луба от бересты фрезерованием и их разделения пневмомеханическим способом от конструктивных параметров оборудования (отделяющие роторы и пневмосепаратор);
оптимизационные математические модели параметров отделяющих роторов по критерию качества отделения и интегральному стоимостному показателю и пневмомеханического сепаратора по критерию качества разделения луба и бересты, алгоритмы и программы для оптимизационных расчетов.
Значимость для теории и практики. Для теории имеют значение:
математическая модель, позволяющая определять мощностные затраты при направленном измельчении коры на чураках (нанесение продольных надрезов);
математические модели, характеризующие процесс отделешія луба от бересты фрезерованием и позволяющие определять основные параметры отделяющих роторов по критерию качества отделения и интегральному показателю стоимости, удельную силу резания луба и бересты при прямом и косом фрезеровании, мощностные затраты фрезерующим и подающим роторами в зависимости от их параметров при ориентированной подаче РФК, предельные значения отрицательных передних углов фрезерующих ножей;
алгоритм определения показателя качества отделения луба фрезерованием с учетом изменяющейся толщины бересты в РФК и вероятного рабочего зазора между отделяющими роторами, полученного в зависимости от заданного ква-литета их изготовления;
экспериментальные зависимости для определения: толщины бересты от диаметра чурака; удельной силы резания луба и бересты; показателей качества отделения луба от бересты фрезерованием и их разделения пневмомеханическим способом, являющихся основой для определения потребляемой мощности и оп-
5 тимальных параметров оборудования. Для практики имеют значение:
рекомендации для повышения качества бересты и луба, увеличения производительности и снижения энергоемкости процесса переработки отходов окорки фанерного сырья на бересту и луб;
эффективная технология на основе применения принципиально новых методов и технических средств;
технические решения, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения, и созданный на их основе комплекс экспериментального специализированного промышленного оборудования; положительные результаты заводских испытаний оборудования; разработанные технические задания на проектирование опытного промышленного оборудования с оптимальными параметрами для конкретных условий переработки отходов окорки;
экспериментальные зависимости (уравнения регрессии) показателей качества отделения луба от бересты фрезерованием и их окоігчательного разделения пневмомеханическим способом, позволившие определить оптимальные значения основных параметров промышленных образцов роторного отделителя и пневмомеханического сепаратора.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-техническом совете АО "ЦНИИФ" (г. Санкт-Петербург, 1985 г.), на техническом совещании при главном инженере Таллиннского фанерно-мебельного комбината (г. Таллинн, 1985 г.), на Краевой научно-технической конференции в Сибирском технологическом шіституте (г. Красноярск, 1986 г.), на Республиканской научно-практической конференции "Проблемы рационального использования вторичных, энергетических и других ресурсов" (г. Йошкар-Ола, 1989 г.), на научно-технических конференциях Санкт-Петербургской лесотехнической академии (1982-1997 гг.), а также включены в научно-исследовательские отчеты кафедры деталей машин СПбЛТА, ответственным исполнителем которых был автор (1980-1986 гг.). Макет установки для переработки отходов окорки фанерного сырья на бересту и луб экспонировался на международной выставке и конференции по лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности "PAP - FOR - 93" (ПАП -ФОР - 93), Санкт-Петербург, 5-8 октября 1993 г. и выставке достижений в рамках Государственной научно-технической программы "Комплексное использование и воспроизводство лесных ресурсов". Москва, ЦНИИМЭ, сентябрь 1993 г.
Реализация работы. Основные результаты внедрены на Усть-Ижорском фанерном комбинате и Таллиннском фанерно-мебелыюм комбинате.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 28 статьях и 8 авторских свидетельствах на изобретения. Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений в виде отдельного тома. Общий объем работы 351 с, из них 297 с. машинописного текста,