Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 13
1.1. Строение и состояния коры деревьев 13
1.1.1. Строение древесной коры 13
1.1.2. Состояния коры
1.2. Способы разрушения массива коры при окорке круглых лесоматериалов 23
1.3. Требования к степени окорки для различных видов щепы 26
1.4. Особенности конструкций и работы окорочных барабанов 27
1.5. Технология пеллетного производства 38
1.6. Анализ известных математических моделей групповой механической окорки лесоматериалов в окорочном барабане 47
1.7. Выводы по главе и задачи исследования 52
Глава 2. Теоретическое обоснование дополнительного эффекта возникающего в сжатых зонах длинномерных сортиментов и ускоряющего их окорку
2.1. Вводные замечания 54
2.2. Еловый сортимент 57
2.3. Березовый сортимент 58
2.4. Состояние коры в сжатой и растянутой зоне при изгибе сортимента 59
2.5. Применение модели стержня на упругом основании 62
2.6. Влияние характеристик коры и камбия на их прочность в сжатой зоне окариваемого сортимента 66
2.7. Влияние сбега на процесс окорки длинномерных лесоматериалов 67
2.8. Выводы по главе 2 73
Глава 3. Экспериментальные исследования механического разрушения массива коры подверженного напряжению изгиба 75
3.1. Методика опытов 75
3.2. Методика обработки опытных данных 77
3.3. Выводы по главе 3 79
4. Результаты экспериментальных исследований 80
4.1. Предварительные опыты 80
4.1.1. Окорка древесины ели 80
4.1.2. Окорка древесины березы 84
4.1.3. Выводы по предварительным экспериментам 87
4.2. Основные опыты 88
4.2.1. Окорка древесины ели 88
4.2.2. Окорка древесины березы 92
4.2.3. Обобщенные результаты опытов 96
4.3. Разработка новых технических решений для повышения эффективности окорки длинномерных лесоматериалов в коротких окорочных барабанах 97
4.3.1. Устройство для окорки длинномерных сортиментов 97
4.3.2. Устройство для повышения интенсивности окорки длинномерных лесоматериалов в коротких окорочных барабанах путем временного введения в барабан подвижных инденторов 105
4.4. Выводы по главе 106
5. Общие выводы и рекомендации 108
Литература
- Способы разрушения массива коры при окорке круглых лесоматериалов
- Состояние коры в сжатой и растянутой зоне при изгибе сортимента
- Методика обработки опытных данных
- Разработка новых технических решений для повышения эффективности окорки длинномерных лесоматериалов в коротких окорочных барабанах
Введение к работе
Актуальность темы. Во многих публикациях последних лет указывается, что лесопромышленный комплекс Российской Федерации стагнирует и ежегодно снижает свою эффективность. Это связано с негативными изменениями таксационных характеристик эксплуатационных лесов в сторону увеличения доли низкотоварной древесины и уменьшения среднего объема хлыста, что также снижает рентабельность лесозаготовок. В качестве перспективных вариантов крупномасштабных производств, перерабатывающих низкотоварную древесину на товарную продукцию можно назвать производство различных видов твердого топлива – топливных пеллет (гранул), о необходимости широкого развития которого указано в Основах государственной политики в области использования, охраны, защиты и воспроизводства лесов в Российской Федерации на период до 2030 года, утвержденных распоряжением Правительства РФ 26.09.2013 г. приказом № 1721. К сырью для производства твердого биотоплива предъявляются значительно меньшие требования по содержанию коры и гнили, по сравнению, например, с технологической щепой для производства целлюлозы. Это позволяет исключить операцию раскряжевки и перейти к окорке целых хлыстов или полухлыстов. Известно, что операция раскряжевки является достаточно энергозатратной и ведет к определенным потерям древесины. Исходя из общего принципа оценки экологической эффективности лесозаготовительного производства, разработанного на кафедре Технологии лесозаготовительных производств Лесоинженерного факультета СПбГЛТУ можно утверждать, что уменьшение количества выполняемых технологических операций и соответственное снижение общей энергоемкости процесса производства биотоплива позволит повысить общую эффективность рассматриваемого процесса – от лесовыращи-вания до конечной готовой продукции. Этот же вывод следует из теории сквозных технологических процессов лесозаготовительного производства.
В работах по групповой механической окорке балансовой древесины в окорочных барабанах баланс рассматривается как несгибаемый, поскольку его стандартная длина составляет 1,2 м. При окорке длинномерных лесоматериалов в окорочных наглядно наблюдаются изгибные процессы, влияние которых на разрушение массива коры до сих пор не нашло отражения в научных исследованиях.
Диссертация соответствует паспорту специальности: 05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства». Область исследований: п. 3, п. 6, п. 7, п. 8.
Степень разработанности темы исследования. Диссертация представляет собой законченное научное исследование, включающее в себя изучение состояния проблемы, постановку цели и задач, теоретический анализ процесса разрушения массива коры, подвергнутого напряжениям сжатия и растяжения, возникающих при изгибе длинномера в окорочном барабане, экспериментальное исследование этого процесса, практическую реализацию работы
в виде рекомендаций по повышению эффективности окорки длинномерных лесоматериалов в коротком окорочном барабане, а также новые технические решения, направленные на повышение этого процесса.
Целью диссертационной работы является Повышение эффективности работы древесно-подготовительных цехов за счет совершенствования процесса групповой окорки длинномеров в коротких окорочных барабанах.
Объект исследований. Массив коры, подверженный напряжениям изгиба.
Предмет исследования. Процесс разрушения массива коры, подверженного воздействию напряжений изгиба при групповой механической окорке в коротком окорочном барабане.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи исследования:
Разработать и исследовать математическую модель разрушения массива коры, подверженного напряжениям изгиба при групповой механической окорке длинномерных лесоматериалов в коротких окорочных барабанах.
Получить количественные соотношения зависимости управления процессом групповой окорки длинномерных лесоматериалов в коротком окорочном барабане, позволяющие эффективно влиять на достижение заданного качества отделения коры от древесины в конкретных условиях.
Экспериментальным путем исследовать процесс разрушения массива коры, подверженного напряжениям изгиба при групповой механической окорке.
Разработать технические решения, позволяющие повысить эффективность групповой механической окорки длинномерных лесоматериалов в коротком окорочном барабане, для повышения производительности линии, снижения энергоемкости процесса и потерь древесины.
Научная новизна. Разработанная математическая модель, позволяющая оценивать вклад напряжений изгиба в процесс разрушения массива коры при групповой механической окорке в барабане, вносит вклад теорию механической окорки.
Теоретическая и практическая значимость. Впервые теоретически и экспериментально рассмотрены особенности разрушения массива коры, подвергнутого напряжением растяжения и сжатия, возникающих от изгибных деформаций длинномерного лесоматериала при групповой механической окорке в окорочном барабане. Результаты исследования позволяют организационно-технологическими мероприятиями уменьшить энергоемкость и потери древесины при групповой механической окорке длинномеров в барабане и повысить производительность линий по производству технологической щепы. Разработанные технические решения способствуют развитию отечественного лесного машиностроения для древесно-подготовительных цехов деревоперерабатывающих предприятий.
Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена: применением принципов механики контактного разрушения, методов математической статистики; проведением экспериментальных исследований в ла-
бораторных условиях и подтвержденной адекватностью полученных моделей за счет удовлетворительной сходимости экспериментальных и теоретических данных.
Методология и методы исследования. Теоретической основой исследования явились работы ведущих отечественных и зарубежных ученых по повышению эффективности работы древесно-подготовительных цехов дере-воперерабатывающих предприятий.
В работе использованы базовые методы научно-технического познания, математического моделирования, сопротивления материалов, механики контактного разрушения, натурного и численного экспериментов, измерения и обработки экспериментальных данных.
Автор в своих исследованиях опирался на фундаментальные работы видных ученых в области теории оборудования лесопромышленных складов, их проектирования и использования - Бойкова СП., Васильева А.С, Васильева СБ., Газизова А.М., Гаспаряна Г.Д., Григорьева И.В., Житкова А.В., Колесникова Г.Н., Крылова Г.А., Куницкой О.А., Локштанова Б.М., Патякина В.И., Пигильдина Н.Ф., Шегельмана И.Р. и др.
На защиту выносятся следующие положения:
Математическая модель разрушения массива коры, подверженного напряжениям изгиба при групповой механической окорке в окорочном барабане.
Результаты экспериментальных исследований разрушения массива коры, подверженного напряжениям изгиба при групповой механической окорке.
Новые техническое решение для повышения эффективности групповой механической окорки длинномеров в коротком окорочном барабане.
Технологические рекомендации, повышающие эффективность групповой механической окорки длинномеров в коротком окорочном барабане.
Степень достоверности и апробация результатов обеспечивается применением современных вычислительных средств и лицензионного программного обеспечения при проведении теоретических исследований и обработке экспериментальных данных, удовлетворительной сходимостью результатов экспериментов с результатами моделирования.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: XII МНПК «Леса России в XXI веке» (СПб, 2014 г.); МНТК молодых ученых и специалистов «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (СПб, 2013 г.); Республиканской НПК «Проблемно-ориентированные исследования: теория и практика» (Петрозаводск, 2014 г.); Межвузовской конференции студентов и аспирантов «Лесоинже-нерное дело» (СПб, 2014 г.); XVI Международной молодежной научной конференции «СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2015» (Ухта, 2015 г.); МНТК «Леса России: политика, промышленность, наука» (СПб, 2016 г.); II ВНПК с международным участием «Повышение эффективности лесного комплекса» (Петрозаводск, 2016); и ежегодных НТК СПбГЛТУ в 2013-2016 гг.
Работа выполнена в рамках научной школы «Инновационные разработки в области лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства», которая включена в реестр ведущих научных школ СПб.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 15 работ, 4 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ, поданы 2 заявки на патент на полезную модель. Результаты исследований отражены в отчетах по НИР.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы. Общий объем работы 125 страниц. Диссертационная работа содержит 39 рисунков, 22 таблицы. Список литературы содержит 118 источников.
Способы разрушения массива коры при окорке круглых лесоматериалов
Применяемые в настоящее время окорочные установки работают способом механического воздействия на массив коры. Удаление коры остальными способами практически не имеет распространения. При гидравлической окорке кора удаляется под воздействием струи воды, подаваемой под большим давлением через сопла. Гидравлические окорочные установки имеют сложное устройство, высокие требования по предварительной очистке воды от примесей, потребляют много энергии. Пневматическая окорка использует энергию воздушной струи с твердым наполнителем. Как и при гидравлической окорке, процесс требует больших энергозатрат. При химической окорке в комлевой части ствола растущего дерева в вегетационный период снимают кольцо коры и наносят раствор ядохимиката, который затем расходится по стволу. При этом клетки камбия отмирают, разрушается связь коры с древесиной. Для ослабления связей коры с древесиной требуется выдержка дерева на корню на менее трех месяцев периода сокодвижения. За это время в древесине появляются дереворазрушающие грибы [2].
Окорка ультразвуком основана на кавитационном и ряде других эффектов [71]. Процесс ультразвуковой окорки происходит в воде, в двух зонах - в зоне малой амплитуды колебаний, ультразвуковая волна проникает через слои коры в камбиальный слой, и там кавитационные и термодинамические явления вызывают гидродинамические возмущения, что приводит к кипению жидкости и последующему отслоению элементов коры. В зоне большей амплитуды колебаний на границе воды и коры возникает кавитационная область, в ней возникают гидродинамические возмущения в виде сильных импульсов сжатия и микропотоков, порождаемых пульсирующими пузырьками, следствием чего является отрыв отслоенных частей коры.
Термокомпрессионный метод окорки основан на резком снижении давления в автоклаве с лесоматериалами. Резкий перепад между давлением внутри лесоматериала и в камере приводит к отрыву коры от древесины.
Окорка токами высокой частоты основана на разрушении клеток камбия созданием внутри них избыточного давления. Камбий обладает значительно большей влажностью по сравнению с прилегающими слоями луба и древесины. Активное поглощение энергии токов высокой частоты камбиальным слоем вызывает быстрый нагрев и вскипание в нем влаги. Это приводит к резкому повышению давления в полостях клеток и разрушению клеточных оболочек [2].
Окорка холодом также основана на быстром температурном воздействии на жидкость, находящуюся в камбиальном слое. При погружении лесоматериала в жидкий азот вода в клетках камбия замерзает, расширяется, разрушает связь коры и древесины [2].
Принцип окорки обжимом основан на механическом разрушении связей коры с древесиной по камбиальному слою за счет обжима мерзлых лесомате 25 риалов перед окоркой. Создаваемая при обжиме нагрузка вызывает возникновение касательных и нормальных напряжений в коре и в древесине. Поскольку предел прочности коры при сдвиге по камбиальному слою меньше предела прочности древесины, под действием возникающих напряжений кристаллы льда камбиального слоя разрушаются [2].
Электрогидравлическая окорка выполняется за счет воздействия ударной волны расходящегося потока жидкости и других факторов, возникающих при высоковольтном импульсном разряде в воде. Как и при ультразвуковой окорке, окариваемые лесоматериалы погружаются в воду, вдоль них перемещается каретка с электродами, к ним подводится постоянный ток. Напряжение может регулироваться от 0 до 70 кВ [2].
При механической окорке выделяют следующие методы разрушения массива коры [69]. Резанием острым резцом. Это дает стабильность показателей процесса окорки, гарантирует получение окоренной поверхности заданного качества. При этом есть возможность регулировки толщины снимаемого слоя; возможность окорки лесоматериалов с любым состоянием массива коры – сухих, сплавных, мерзлых и т.д. Но этот способ приводит к неизбежным и значительным потерям древесины.
Сдвиг коры по камбиальному слою тупым короснимателем отличается от резания тем, что закон движения рабочего органа зависит от профиля обрабатываемой поверхности. В основе этого способа лежит различие в механической прочности коры и древесины. Затупленный коросниматель снимает кору по камбиальному слою, не внедряясь в древесину, что снижает потери древесины. Сравнительно небольшое удельное сопротивление сдвигу коры по камбиальному слою позволяет создавать высокопроизводительные станки с небольшой энергоемкостью. Однако, как уже отмечалось, сила сцепления коры с древесиной варьируется в широком диапазоне, в вегетационный период она в 8-10 раз меньше, чем в холодный период года. Поэтому, гарантированное получение окоренной поверхности требуемого качества при таком способе окорки возможно только при обработке влажных лесоматериалов при положительной температуре. Окорка мерзлых и подсушенных бревен возможна только до определенных пределов, и неизбежно сопровождается понижением производительности станков и ухудшением качества окоренной поверхности [72].
Окорка трением бревен между собой или между бревном и твердым предметом или за счет ударов бревен друг о друга или о твердую поверхность используется при групповой окорке лесоматериалов в окорочных барабанах и бункерах. Наиболее успешно, при данном методе окорки, окарива-ются лесоматериалы с шероховатой с трещинами корой. Установки для групповой окорки обладают высокой производительностью и окаривают бревна неправильной формы. Но, при отрицательных температурах, из-за увеличения сил сцепления коры с древесиной, окорка затрудняется, снижается производительность, ухудшается качество окоренной поверхности, а потери древесины достигают 13-17% [73, 74].
Состояние коры в сжатой и растянутой зоне при изгибе сортимента
Как отмечено во введении и обосновано в главе 1 диссертации, проблема совершенствования технологий и оборудования для очистки круглых лесоматериалов от коры сохраняет свою актуальность на протяжении длительного времени. Результаты теоретических и экспериментальных исследований различных аспектов данной проблемы по состоянию на 1980 г. представлены в монографии С.П. Бойкова [41], которая и к настоящему времени не утратила своей актуальности. Основное внимание в данной монографии уделено вопросам очистки от коры в установках барабанного типа. Вместе с тем, достаточно подробно рассмотрены также вопросы роторной окорки.
После публикации названной монографии были предложены новые подходы к решению проблемы совершенствования окорки круглых лесоматериалов [36, 89, 90]. Однако проблема не утратила своей актуальности до настоящего времени, что объясняется не только современными, более высокими требованиями к ресурсосбережению, но и появлением новых задач. Ряд таких задач связан, прежде всего, с необходимостью исследования и совершенствования новых технологий окорки длинномерных сортиментов (длина которых, согласно ГОСТ [92], более 6,5 м) в установках барабанного типа, что объясняется следующими отличительными, принципиально важными особенностями.
Во-первых, при использовании данной технологии длина корообдироч-ного барабана должна быть меньше длины окариваемого сортимента, что существенно уменьшает не только массу барабана, но и, как следствие, затраты энергии на вращение вокруг его продольной оси. Кроме того, как уже отмечалось, уменьшается стоимость барабана, снижаются затраты на его транспортировку, монтаж, эксплуатацию, включая ремонт, демонтаж, утилизацию. Комплекс этих явных преимуществ соответствует современным требованиям ресурсосбережения, энергоэффективности и рационального природопользования, что создает основания для вывода о перспективности данной технологии окорки.
Во-вторых, наряду с указанными выше явными преимуществами, имеются впервые отмеченные в работе [93] особенности технологии окорки, выражающиеся в том, что при окорке сортиментов, длина которых меньше длины барабана, они (сортименты) изгибаются в различных направлениях при вращении барабана вокруг его продольной оси. По этой причине, в дополнение к сдвигам и соударениям сортиментов друг с другом и с внутренней поверхностью барабана, появляются знакопеременные силовые воздействия, которые вызывают растяжение в некоторой области коры и сжатие в диаметрально противоположной области сортимента при его изгибе. Для балансов стандартной длины (1,2 м) данное обстоятельство не имеет принципиального значения и во внимание не принимается, поскольку такие балансы при окорке в барабане практически не изгибаются по причине их большой изгибной жесткости. Однако при окорке длинномерных сортиментов влияние изгиба будет весьма существенно, что необходимо учитывать при обосновании рекомендаций по совершенствованию соответствующей технологии. Детали данной технологии с графическими иллюстрациями более подробно рассмотрены в статьях [94, 95]. При этом, в целях обоснования рекомендаций по совершенствованию технологии окорки длинномеров, важно исследовать влияние изгиба длинномеров на разрушение коры в рамках технологического процесса окорки. Очевидно, необходимо исследовать не только влияние отдельно взятых изгиба и удара, но и совместное воздействие в двух случаях: изгиб и удар по сжатой зоне; изгиб и удар по растянутой зоне. Эти два случая, как показал анализ литературы, практически не изучены в степени, достаточной для обоснования рекомендаций по совершенствованию окорки длинномерных сортиментов. Рисунок 2.1. Два длинномера в корпусе корообдирочного барабана
Методика обработки опытных данных
Суть экспериментов заключалась в следующем. Опытные образцы (тонкомерные сортименты ели и березы) с одного конца фиксировали в тисках, к свободному концу прикладывали механическую нагрузку так, чтобы стрела изгиба образца составила заданную величину (15 либо 30 % от длины образца). Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 3.1.
В массиве коры изогнутого образца, таким образом, возникали две напряженные зоны: растянутая и сжатая изгибом. Далее по одной из зон в середине образца наносили удары при помощи металлического индентора до того момента, пока кора не начинала отделяться от древесины. По результатам экспериментов определялось число ударов, необходимое для отделения коры – дискретная величина.
Первая серия опытов была проведена с целью получить сведения о вариации исследуемой величины и выяснить, значим ли эффект предварительного напряжения образцов. Исследования проведены для трех случаев: удары по зоне, сжатой изгибом (1); удары по зоне, растянутой изгибом (2); контроль – удары по недеформированным образцам (0). Число наблюдений в каждом случае составило 20.
Результаты опытов представлялись в виде вариационного и интервального рядов. Расчет оптимальных длин интервалов выполняли по формуле Стирджеса: где ymax – максимальное число ударов по группам, ymin – минимальное число ударов по группам, n – выполненное число наблюдений (повторений опыта). Выборочное среднее для дискретной величины рассчитывалось по формуле: У = 2ІУгЧг-її і=1 (3.2) где к - число интервалов, qt - относительная частота. Далее рассчитывалась выборочная дисперсия: где t - табличное значение критерия Стьюдента при/= и - 1, v - коэффициент вариации, р - показатель точности. При вычислении v использовали следующую формулу: v = -.100%, (3.6) Для ответа на вопрос, являются ли отличия средних значений в разных группах статистически значимыми, воспользуемся сравнением расчетных значений критерия Стьюдента с табличными.
Рассчитаем внутренние дисперсии при сравнении групп по формуле: п1 + пп - 2 где индексы с римскими цифрами принимают значения номеров групп (в зависимости от того какие группы сравниваются между собой). Далее рассчитываются расчетные значения критерия Стьюдента по формуле: которые затем сравниваются с табличными при заданном показателе точности p (в долях от единицы) и числе степеней свободы f = nI + nII – 2. В случае, если расчетные значения критерия Стьюдента оказываются меньше табличных при определенном показателе точности, отличия средних для сравниваемых групп можем считать статистически незначимыми с вероятностью (1 – p)100 %, в противном случае отличия средних полагаем статистически значимыми.
Для получения достоверных сведений о рассматриваемом процессе механического разрушения предварительно напряженного изгибом массива коры необходимо и достаточно провести две серии лабораторных экспериментов на созданной экспериментальной установке – со стрелой изгиба на 15 и 30% от длины образца.
Результаты предварительных экспериментов по окорке древесины ели представлены в виде вариационного (таблица 4.1) и интервального (таблица 4.2) рядов, а также в виде полигона относительных частот на рисунке 4.1 (под термином «Абсолютная частота (частота встречаемости)» понимается число, показывающее, сколько раз объект с данным числовым значением признака встречается в совокупности или ее интервале, «Относительная частота (частость)» – число, равное отношению абсолютной частоты к объему совокупности).
Результаты предварительных экспериментов по окорке древесины березы представлены в виде вариационного (таблица 4.7) и интервального (таблица 4.8) рядов, а также в виде полигона относительных частот на рисунке 4.2.
Расчет средних для дискретных значений чисел ударов до момента отделения коры выполнен в таблице 4.9.
Среднее 11,6 9,2 11,2 Среднее значение в контрольной группе (0) составило 11,6, для сжатых образцов в группе (1) среднее значение составило 9,2, для растянутых участков образцов в группе (2) – 11,2.
Все рассчитанные показатели для удобства сведем в таблицу 4.11, там же представлены результаты расчетов достаточных количеств наблюдений в зависимости от уровня значимости. По данным таблицы 4.11 можем заключить, что выполненное количество наблюдений (по 20 в каждой группе) достаточно для прогнозов с вероятностью 90 %, для прогнозов с вероятностью 95 % число наблюдений в опытах по окорке древесины березы следует увеличить до 70 в каждой группе. 1) Отличие средних в контрольных группах (0) (недеформированные участки образцов) и (1) (сжатые участки образцов) статистически значимы (у древесины ели и березы). 2) Отличие средних в контрольных группах (0) (недеформированные участки образцов) и (2) (растянутые участки образцов) статистически не значимы (у древесины ели и березы). 3) Для получения результатов с доверительной вероятностью 95 % необходимы дальнейшие экспериментальные наблюдения (для древесины ели – 90 наблюдений, для древесины березы – 70 наблюдений). 4.2. Основные опыты 4.2.1. Окорка древесины ели
С учетом результатов предварительных опытов, были выполнены дополнительные эксперименты по исследованию влияния изгиба образцов на отделение коры при ударе. Число наблюдений для древесины ели составило 90 в каждой группе. Контрольной группе (недеформированные образцы) присвоен индекс (0), при изгибе образцов со стрелой прогиба 15 % от длины образца - индекс (1), при изгибе образцов со стрелой прогиба 30 % от длины образца - индекс (2).
В массиве коры изогнутого образца, таким образом, возникали две напряженные зоны: растянутая и сжатая изгибом. Далее по одной из зон в середине образца наносили удары при помощи металлического лома до того момента, пока кора не начинала отделяться от древесины. По результатам экспериментов определялось число ударов, необходимое для отделения коры – дискретная величина.
Разработка новых технических решений для повышения эффективности окорки длинномерных лесоматериалов в коротких окорочных барабанах
Предлагаемое устройство относится к классу окорочных барабанов, предназначено для окорки стволов деревьев во вращающемся барабане, соответствует МПК B27L 1/04; B27L 1/05.
Устройство предлагается для окорки длинномерных сортиментов, включающее в себя цилиндрическую оболочку с жестко соединенными с ней окорочными балками, а также примыкающий к одному из торцов оболочки входной лоток и примыкающий к противоположному торцу оболочки выходной лоток, отличающееся тем, что входной и выходной лотки выполнены наклонными, причем угол наклона входного лотка к горизонтальной плоскости составляет от 2 до 15, при этом выходной лоток выполнен с наклоном вниз, причем угол наклона выходного лотка к горизонтальной плоскости находится в интервале от 5 до 15, а отношение длины цилиндрической оболочки к ее диаметру составляет от 1,3 до 2,1.
Известен окорочный барабан по патенту на изобретение RU 2036081 [113], содержащий вращающийся цилиндрический корпус и установленную неподвижно относительно корпуса продольную балку. Барабан снабжен установленными поочередно на продольной балке неподвижными сегментами и подвижными колесами. Однако данный барабан сложен в изготовлении, ненадежен и неэффективен в эксплуатации.
Известен корообдирочный барабан по патенту на полезную модель RU 78457 [114], включающий последовательно установленные горизонтальные цилиндрические секции, в которых на внутренней боковой поверхности имеются пустотелые окорники, а на выходном отверстии корообдирочного барабана расположен затвор, имеющий вид окружности, радиусом равным 1,25 радиуса корообдирочного барабана. Однако данный корообдирочный барабан недостаточно эффективен при очистке круглых лесоматериалов от коры.
Известен окорочный барабан по патенту на изобретение RU 2377122 [115], состоящий из обечайки и окорочных балок, причем окорочные балки имеют съемные шипы в виде волнистых пятиугольных прутков. Обечайка представляет собой открытый цилиндрический элемент конструкции в виде трубы небольшой длины. Установленные на окорочных балках съемные шипы в виде пятиугольных прутков усложняют конструкцию, создавая избыточно большое силовое воздействие, локализованное в области соударения окариваемого бревна и указанного съемного шипа, что вызывает разрушение не только коры, но также нежелательное разрушение древесины окариваемого ствола. Тем самым в конструкции данного барабана создаются условия для увеличения потерь древесины, что отрицательно сказывается на эффективности его функционирования.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является корообдирочный барабан по патенту на полезную модель RU 16273 [116], содержащий корпус, окорочные балки на внутренней поверхности корпуса и дополнительный барабан с балками, который имеет возможность перемещения в горизонтальной плоскости. Однако данный корообдирочный барабан сложен в изготовлении, недостаточно надежен и неэффективен в эксплуатации при очистке от коры длинномерных сортиментов, длина которых превышает диаметр корообдирочного барабана.
Указанные выше недостатки известных устройств устраняются в предлагаемых технических решениях устройств для окорки длинномерных сортиментов [119-120].
Технический результат от применения предлагаемого устройства для окорки длинномерных сортиментов заключается в повышении эффективности окорки за счет создания в конструкции необходимых условий для появления дополнительных сил, вызывающих разрушение коры и ее отделение от древесины окариваемого бревна, что приводит к интенсификации процесса очистки круглых лесоматериалов от коры.
Данный технический результат достигается за счет того, что устройство для окорки длинномерных сортиментов, включающее в себя цилиндрическую оболочку с жестко соединенными с ней окорочными балками, а также примыкающий к одному из торцов оболочки входной лоток и примыкающий к противоположному торцу оболочки выходной лоток, отличается тем, что входной и выходной лотки выполнены наклонными, причем угол наклона входного лотка к горизонтальной плоскости составляет от 2 до 15, при этом выходной лоток выполнен с наклоном вниз, причем угол наклона выходного лотка к горизонтальной плоскости находится в интервале от 5 до 15, а отношение длины цилиндрической оболочки к ее диаметру составляет от 1,3 до 2,1.
Сущность предлагаемого устройства для окорки длинномерных сортиментов поясняется следующими графическими материалами, представленными на рисунках. 4.6–4.11.
На рисунке 4.6 схематично изображено предлагаемое устройство, содержащее секцию 1 в форме цилиндрической оболочки 2, которая располагается между входным 3 и выходным 4 лотками, предназначенными для транспортировки круглых лесоматериалов до и после их окорки. Направление перемещения окариваемых лесоматериалов показано стрелкой, дугообразная стрелка указывает направление вращения секции 1 при работе устройства.
На рисунке 4.7 показана в разрезе секция 1, окорочные балки 5 и подвергаемые очистке от коры сортименты 6.
На рисунке 4.8 сплошной линией схематично изображен один из ока-риваемых сортиментов, который изогнут под воздействием собственного веса, при этом верхняя часть сортимента 6 сжата, а его нижняя часть растянута. Пунктиром показан входной лоток 3, цилиндрическая оболочка 1 и выходной лоток 4.