Введение к работе
Актуальность темы. Из производственно-технологических операций лесопильного цеха 46% составляют автоматические операции, 31% – механизированные и 23% – неавтоматизированный (ручной) труд.
Для деревообрабатывающего производства необходимо перевооружение, т.е. оснащение предприятий новым современным технологическим оборудованием – надежным в работе, простым в обслуживании и недорогим по цене.
Оборудование для поштучной выдачи круглых лесоматериалов, разработанное в нашей стране в 60-80 годы ХХ века, вызвало кардинальные изменения принципов построения поточных линий и открыло новые возможности для автоматизации и механизации производственных процессов, позволяя при этом обрабатывать круглые лесоматериалы разных размеров и качества.
Однако применяемое оборудование для поштучной выдачи круглых лесоматериалов имеет ряд существенных недостатков.
В первую очередь, это низкая разрешающая способность отсекателей (возможен захват двух бревен одновременно), затем маленькая вместимость буферного магазина и невозможность работы в полуавтоматическом режиме. Все это приводит к сокращению коэффициента эффективности использования оборудования.
В научных публикациях отсутствует методика расчета силы давления на отсекатель, вызванной подпором круглых лесоматериалов при поштучной выдаче, учитывающая многообразие влияющих факторов. Поштучное отделение круглых лесоматериалов сводилось только к определению прочностных характеристик поперечных транспортеров и расчету разрешающей способности отдельных отсекателей.
В связи с этим возникает необходимость создания простого и надежного устройства для накопления, перемещения и поштучной выдачи круглых лесоматериалов с высокой разрешающей способностью, позволяющего обрабатывать бревна в широком диапазоне размерных характеристик. Поэтому актуальным становится совершенствование конструкции и параметров однорядного буферного магазина с отсекателем с постоянной длиной захвата и переменной скоростью движения.
Степень разработанности темы. Вопросами изучения буферных магазинов занимались Б.Г. Залегаллер, П.В. Ласточкин, С.П. Бойков, Г.А. Вильке, И.Ф. Верхов, Ю.В. Шелгунов, С.И. Рахманов, К.Ф. Гороховский, В.П. Калиновский, Н.В. Лившиц, Д.К. Воевода, Ф.Е. Захаренков, А.Н. Чемоданов, П.М. Мазуркин, С.П. Карпачев, А.Е. Алексеев и другие ученые.
Их работы содержат методы расчетов и описание конструктивных особенностей основного технологического оборудования (в частности, буферных магазинов, применяемых на лесных складах). Однако недостаточное внимание уделялось определению силы давления на отсекатель, вне поля зрения исследователей оставалось поджатие бревен цепным поперечным транспортером.
Цель диссертационной работы – совершенствование конструкции и обоснование параметров однорядных буферных магазинов на основе изучения влияния параметров бревен на силы, действующие на отсекатель с постоянной длиной захвата и переменной скоростью движения при различных режимах работы, и его разрешающую способность.
Задачи исследования:
1. Обосновать технические параметры буферного магазина, обеспечивающие накопление и поштучную выдачу круглых лесоматериалов.
2. Разработать математическую модель процесса поштучной выдачи круглых лесоматериалов при работе буферного магазина, позволяющую определить суммарное давление щети бревен, оказываемое на отсекатель.
3. Разработать экспериментальную модель буферного магазина для исследования процесса поштучной выдачи круглых лесоматериалов.
4. Разработать методику обработки экспериментальных данных на основе планирования эксперимента.
5. Рассчитать разрешающую способность отсекателя с постоянной длиной захвата и переменной скоростью движения при различных режимах работы.
6. Разработать методику расчета производительности труда однорядного буферного магазина.
7. Провести оценку экономической эффективности использования предложенного однорядного буферного магазина.
Объект исследований. Конструкция буферного магазина, использующего отсекатель с постоянной длиной захвата и переменной скоростью движения.
Предмет исследований. Закономерности, возникающие в буферном магазине при поштучной выдаче круглых лесоматериалов.
Методы исследований. Использованы методы математического и физического моделирования, патентного поиска, морфологического анализа, теории планирования эксперимента, математической статистики и моделирования. Эксперименты проводились на модели в масштабе 1:10 однорядного буферного магазина с использованием методов подобия (критерий Фруда). Применены пакеты программ Mathcad и MatLab.
Научной новизной обладают:
1) математическая модель поштучной выдачи круглых лесоматериалов однорядными буферными магазинами, отличающаяся учетом сил в статике и кинетостатике, действующих со стороны поперечного цепного транспортера на щеть бревен, а также отдельных бревен в щети;
2) предлагаемая конструкция буферного магазина, защищенная патентами РФ на изобретение, отличающаяся наличием отсекателя с постоянной длиной захвата и переменной скоростью движения;
3) методика проведения экспериментов поштучной выдачи круглых лесоматериалов и уточнение математической модели.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Математическая модель работы однорядного буферного магазина и алгоритм ее работы, позволяющие обосновать силовые параметры давления слоя бревен на отсекатель, защищенные свидетельством о регистрации программы ЭВМ на программный продукт.
2. Результаты экспериментальных исследований поштучной выдачи круглых лесоматериалов, позволяющие обосновать режимы работы буферного магазина.
3. Критерий разрешающей способности при различных режимах работы буферного магазина.
4. Технические решения однорядного буферного магазина по патентам 2466078, 2476309 и методика расчета их технической производительности.
Значимость для теории и практики. Конструкция разработанного буферного магазина позволяет обрабатывать лесоматериалы большого диапазона величин диаметров по сравнению с существующими устройствами такого же типа, использующимися на лесопромышленных и деревоперерабатывающих предприятиях. Предложенная конструкция буферного магазина может иметь практическое значение при формировании поточных линий с полной загрузкой оборудования.
Математическая модель определения сил давления на отсекатель буферного магазина при поштучной выдаче круглых лесоматериалов и результаты экспериментов являются эффективным способом при проектировании и изготовлении новых видов буферных магазинов.
Степень достоверности научных результатов подтверждается:
объемом выборки измерений (330 значений для каждого опыта); применением математической статистики; проведением экспериментальных исследований в лабораторных условиях; подтверждением адекватности полученных моделей за счет удовлетворительной сходимости экспериментальных и теоретических данных. Погрешность измерения 1 гр.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на научных конференциях в Поволжском государственном технологическом университете (2010-2013 гг.).
Результаты исследований приняты к внедрению на предприятии ООО «Оршанский лес», расположенном на территории Оршанского района Республики Марий Эл, что подтверждено соответствующим актом. Предполагается использование предлагаемого устройства в поточных линиях по первичной обработке круглых лесоматериалов в лесопильном производстве, при проектировании технологического процесса предприятий ДСК (Мамадышский район), КДСК «Форест» Республики Татарстан.
Основные результаты работы и экспериментальная установка внедрены и используются в учебном процессе кафедры деревообрабатывающих производств Поволжского государственного технологического университета при изучении дисциплин «Оборудование отрасли», «Технология лесопильно-деревообрабатывающих производств» во время проведения лабораторных и практических работ.
Личный вклад автора состоит в разработке математической модели процесса поштучной выдачи круглых лесоматериалов и разработке программы ЭВМ для расчета силы давления однослойного ряда бревен на отсекатель (свидетельство № 2013617100).
Все работы по физическому моделированию, разработке и изготовлению экспериментального комплекса, разработке методики экспериментальных исследований, выполнению измерений и проведению статистической обработки их результатов, анализу и обобщению результатов исследований, разработке методики расчета производительности произведены автором лично.
Автором предложены (в соавторстве) конструкции буферных магазинов (патент № 2466078, патент № 2476309), а также получены положительные решения по конструкции универсального отсекателя (заявка № 2012128590, заявка № 2012128565)
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 10 статьях, из которых 8 – в соавторстве. В изданиях, рекомендованных ВАК России, опубликовано 3 статьи. Получено 2 патента Российской Федерации на изобретение (№ 2466078, № 2476309), 2 положительных решения на выдачу патента по заявкам (№ 2012128590, № 2012128565), а также свидетельство о регистрации программы ЭВМ (№ 2013617100). Работа включена в перечень важнейших НИР ПГТУ за 2012 год.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Работа объемом 131 страница включает 62 иллюстрации, 29 таблиц, список использованной литературы из 120 наименований и 23 приложения на 158 страницах.
