Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и задачи исследования 9
1.1. Характеристики пневой древесины и технические требования к сырью 10
1.2. Способы очистки пневой древесины 14
1.3 Устройства гидравлической очистки пневой древесины
1.4. Взаимодействие гидравлической струи с поверхностью лесоматериалов 24
1.5. Факторы, определяющие производительность гидравлической 27
окорки лесоматериалов
1.6. Задачи исследования 28
2. Теоретические исследования процесса очистки спелого пневого осмола гидравлическими импульсно-закрученными струями
2.1. Теоретическое исследование динамического воздействия импульсно- закрученной струи на поверхность.
2.2. Сила удара импульсно-закрученной струи о твердую стенку 35
2.3. Выводы по разделу 41
3. Методика экспериментальных исследований 41
3.1. Методика проведения экспериментальных исследований очистки пней импульсно-закрученными струями
3.1.1. Состав экспериментальных исследований 41
3.1.2. Экспериментальная лабораторная установка для очистки пней импульсно-закрученными струями
3.1.3. Измерительная аппаратура 47
3.1.4. Эксперементальные исследования влияния динамических характеристик импульсно-закрученной струи
3.1.5. Технологические процесс экспериментальных исследовании очистки 53
пневого осмола с применением натурных образцов
3.2. Установление нужного числа измерений 54
3.3. Выводы по разделу 56 4. Результаты экспериментальных исследований 56
4.1. Результаты экспериментальных исследований очистке пневой 56
древесины импульсно-закрученными струями
4.1.1.Исследование начальных параметров импульсно-закрученных струй 56
4.1.2. Изменение динамического воздействия импульсно-закрученной струи на преграду
4.1.3. Изменение ширины полосы удаления грунта с пневой древесины 75
4.1.4. Изменение ширины полосы удаления коры с пневой древесины 79
4.1.5. Изменение ширины полосы удаляемой гнили с пневой древесины 82
4.1.6. Регрессионные уравнения функциональной зависимости ширины полосы очищенного пня от начальных параметров.
4.2. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований
4.3. Выводы по разделу 89
5. Совершенствование технологического процесса переработки пневой древесины
5.1. Описание технологического процесса переработки пневой древесины. 90
5.2. Разработка схемы использования импусльно-закрученных струй в технологическом процессе заготовки пневого осмола
5.2.1. Проектирование технологической схемы очистки пневого осмола с использованием импульсно-закрученных гидравлических струй
5.2.2 Проектирование гидравлической линии по очистке пневого осмола 5.3 Разработка системы машин для заготовки пневого осмола 96
5.3.1 Система машин для заготовка свежего пневого осмола 97
5.3.2 Система машин для заготовка спелого пневого осмола 99
5.4 Выводы по разделу 99
Выводы и рекомендации 101
Список литературы 103
- Взаимодействие гидравлической струи с поверхностью лесоматериалов
- Сила удара импульсно-закрученной струи о твердую стенку
- Эксперементальные исследования влияния динамических характеристик импульсно-закрученной струи
- Разработка схемы использования импусльно-закрученных струй в технологическом процессе заготовки пневого осмола
Введение к работе
Актуальность темы. Перед предприятиями России в новых
экономических условиях стоит наиважнейшая задача по обеспечению
рационального использования лесосырьевых ресурсов, понижению
стоимости готовой продукции. Все это достижимо при условии, что будет улучшаться структура производства и внедряться новые прогрессивные технологии.
Одним из путей использования полной биомассы дерева является возможность использования пневой и некондиционной древесины, остающейся после рубки леса. Для обеспечения сырьем работающих в нашей стране канифольно-экстракционных заводов, по получению экстракционной канифоли, скипидара и других химических компонентов, требуется скорейшее решение вопроса, связанного с организацией, техникой и технологией заготовки пневой и некондиционной древесины.
После корчевки пневая древесина содержит большое количество грунта (около 40-50% от общего веса), вросшие в корневую систему крупные твердые фракции, а также гниль, кору и мелкую корневую систему, которые имеют малую смолистость. Кроме того во всем процессе работы при заготовки пневого осмола большую долю занимает процесс разделки и очистки осмола (около 34-40% при взрывном способе, до 51% при механическом способе). Следовательно, если не будет осуществлена механизация процесса заготовки пневого осмола, то вся эффективность ее использования в производстве резко снижается.
К специфике механизированной технологии очистки пневого осмола
относится множество вариации размеров пней, их форм боковых
поверхностей, искривление стволовой части пня и наличие мелкой корневой
системы. Такие особенности пневой древесины исключают применение
имеющихся механических, пневматических, физических
(электрогидравлических, термокомпрессионных, пневматических) способов
окорки. Так же известен механизированный способ с применением
гидравлических струй жидкости для очистки пневой древесины. Данный
способ имеет сравнительно высокую производительность, но
гидравлические установки энергоемки и весьма затратны к рабочей жидкости.
В работе велось исследование применения нового способа по очистки
поверхности лесоматериалов и устройства «гидроимпульсатор» для очитки
пней от коры, гнили и грунты. Результативность данного способа и
устройства подтверждается проведенными экспериментальными
исследованиями.
Цель работы: совершенствование и обоснование способа и механизма очистки пневой древесины, повышение качества очистки для получения пневого осмола на основе применения импульсно-закрученных струй, позволяющей: увеличить производительность труда; снизить трудовые и
энерго-затраты на получение 1м3 пневого осмола.
Задачи исследования:
1. Разработать новый способ очистки пневой древесины на базе
использования гидравлической энергии импульсно-закрученных струи.
-
Теоретическими и экспериментальными методами исследовать динамическое воздействие импульсно-закрученной струи жидкости на поверхность пневой древесины;
-
Получить аналитические зависимости величины динамического воздействия импульсно-закрученной гидравлической струи на преграду;
4. Разработать методику экспериментальных исследований,
функциональные схемы и подобрать оптимальную измерительную
аппаратуру.
5 Экспериментально установить влияние начальных параметров импульсно-закрученных гидравлических струй и технологических режимов операций очистки пневого осмола на полученную в результате обработки ширину очищенной полосы от грунта, коры и гнили; оптимальные значения гидравлических параметров импульсно-закручено струи и технологических режимов операций очистки с целью разработки рекомендаций для проектирования гидравлической установки по очистке пневого осмола;
-
Разработать конструкцию устройств для создания импульсно-закрученных гидравлических струй, обеспечивающих повышение динамических свойств струй и площадь контакта струи с поверхностью пневой древесины.
-
Разработать схемы использования предлагаемой установки в технологическом процессе лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий.
Объектами исследования: способ очистки пневой древесины
импульсно-закрученными струями; спелый и свежий пневой осмол.
Предмет исследования: геометрические, динамические и структурные характеристики импульсно-закрученных струи; процесс очистки пневой древесины: отделение грунта, гнили и коры в результате воздействия импульсно-закрученной струи.
Методы исследования: В процессе исследования применялись методы математического моделирования, основные положения гидродинамики и теоретической гидромеханики. Проведены лабораторные и натурные испытания, а так же методы анализа и синтеза сложных систем.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Аналитические зависимости характеристик гидродинамического давления ИЗС на твердую неподвижную преграду в зависимости от начальных параметров струи.
-
Защищенный патентом способ очистки поверхности лесоматериалов путем обработки направленными импульсно-закрученными струями и
техническое решения конструкции гидроимпульсатора для очистки поверхностей пневой древесины от грунта, коры и гнили,
-
Результаты экспериментальных исследований в виде регрессионных зависимостей расчета основных параметров при проектирований установки по очистке пневого осмола.
-
Технологическая схема заготовки пневого осмола с применением гидравлического способа очистки пней.
Научная новизна:
- выявлены закономерности воздействия гидравлической струи на
цилиндрическую поверхность, применительно к процессу очистки пневого
осмола, отличающиеся одновременным учетом вращательного и
импульсного движения струи;
выведены аналитические зависимости гидродинамического давления импульсно-закрученной гидравлической струи на твердую преграду от параметров импульсно-закрученных струи, отличающиеся частотой и скважностью ее формирования и скоростью вращения выпускного насадка;
получены регрессионные зависимости размера полосы очищенного пневого осмола от коры, гнили и грунта зависящих, в зависимости от начальных параметров импульсно-закрученной гидравлической струи, отличающихся учетом скорости вращения выпускного насадка;
разработан новый способ очистки поверхности лесоматериалов, защищенный патентов РФ № 2536049, отличающийся тем, что для очистки поверхности лесоматериалов используется ряд импульсно-закрученных струй жидкости с амплитудой импульса 5,0-20,0 МПа, частотой пульсации 16-24 Гц, скважностью 4-6 и угловой скоростью 30-60 с-1;
разработано новое устройство «Гидроимпульсатор» для создания импульсно-закрученных гидравлических струй, защищенное патентом РФ №2531286, отличающиеся тем, что на крышке установлен ряд противоположно вращающихся относительно друг друга выпускных насадок формирующих импульсно-закрученный струи.
Научная и практическая значимость.
Научная значимость заключается в разработке способа очистки
поверхности лесоматериалов путем обработки направленными импульсно-
закрученными струями, в получении аналитической зависимости
характеристики гидродинамического давления ИЗС на твердую
неподвижную преграду в зависимости от начальных параметров струи.
Практическая значимость состоит получении техническое решения
конструкции гидроимпульсатора для очистки поверхностей пневой
древесины от грунта, коры и гнили. В разработки и применении
технологической схемы по заготовки ПО с использованием импульсно-
закрученных гидравлических струй жидкости с применением
спроектированного струеобразующего устройства. Поученные результаты
при их применении в технологии очистки ПД, позволят более полно использовать биомассу дерева и рационально потреблять лесные ресурсы.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности
Диссертация направлена на исследование надежности
лесозаготовительных машин, что строго соответствует пункту: 7. «Разработка технологий и систем машин, обеспечивающих комплексное использование древесного сырья и отходов в технологических и энергетических целях» области исследования паспорта специальности 05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.
Достоверность и обоснованность выполненных исследований
подтверждается теоретически и экспериментальными данными,
полученными в ходе исследования. Она основываются на достаточной сходимостью проведенных теоретических исследований с результатами натурных экспериментов и обеспечена использованием сертифицированной измерительной аппаратуры.
Личное участие автора в получении результатов. Соискателем проведены исследования влияния начальных параметров гидравлических импульсно-закрученных струй на степень очистки пневого осмола, разработан способ и устройство для очистки пневого осмола. Автором разработана методика экспериментальных исследований, произведена обработка данных, анализ и обобщение результатов исследований.
Реализация результатов работы. Основные результаты работы приняты к внедрению в ООО «Лесград», что подтвержден соответствующем актом. Результаты работы внедрены в учебный процесс ПГТУ и используются при подготовки бакалавров по направлению 151000 «Технологические машины и оборудование» в курсе «Технология и оборудование лесозаготовительного производства».
Апробация работы: Основные положения и результаты диссертации, и
отдельные ее разделы заслушали и получили одобрение на всероссийских и
международных конференциях таких, как: научная конференция
профессорского-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и студентов Поволжского государственного технологического университета по итогам научно-исследовательской работы за 2013 год «Исследования Технологии Инновации» (Йошкар-Ола, 2014); Пятая научно-практическая конференция с международным участием «Основные направления развития техники и технологии в АПК, легкой и пищевой промышленности» (Нижний Новгород, 2013); международная молодежная научная конференция по естественно научным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу-творчеству молодых» (Йошкар-Ола, 2013); IV международная научно-практическая конференция «Достижение молодых ученых в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» (Брянск, 2012).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы и ее результатов отражено в 6 научных и научно-технических работах автора
объемом 3,36п.л., авторский вклад 2,39п.л., из них 2 работы, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях, 2 патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов и рекомендаций, списка используемой литературы из 173 наименований, приложений. Общий объем диссертации составляет 170 с., из них: основного текста-148 с., иллюстраций 47, таблиц-19, приложений-21 с.
Взаимодействие гидравлической струи с поверхностью лесоматериалов
Одним из видов лесных ресурсов древесного происхождения является ПО. После рубки хвойного леса на лесосеках остается 13—15% древесины в виде пней и крупных корней вырубленных деревьев. С гектара такой лесосеки заготавливают от 8 до 20 м3 ПО (выкорчевыванием или взрывным методом) [29]. Сосновый пень, простоявший 10—15 лет, обладает высокой смолистостью (до 10 и даже 25% своей массы) [38].
Пнево-корневая древесина является традиционным сырьем для лесохимической промышленности. В канифольно-экстракционном и смоло-скипидарном производствах широко используют ПО — ядровую древесину зрелых пней и корней сосновых деревьев. Различают свежий и спелый осмол, который отличается содержанием смолистых веществ [89]. В свежем пне возрастом до 3 лет количество смолы в ядровой части составляет 8—15 % и еще меньше в заболони — не более 4 % [27].
Заготовка ПО, или пнево-корневой древесины, ведётся для пополнения ресурсов канифольно-экстракционного производства. Заготовка соснового ПО допускается в течение всего года на не возобновившихся вырубках, а также в молодняках до 20-летнего возраста в лесах всех групп [45]. Исключением являются особо охраняемые природные территории, категории защитности лесов первой группы и особо защитные участки, в которых установлен заповедный режим, или они выделены для защиты местности от эрозии [22].
Заготовка ПО не разрешена на местах лесных культур, не достигших 3-летнего возраста, а также в культурах лиственницы, кедра, сосны скрученной и других интродуцентов [45]. На не возобновившихся вырубках и молодняках из малоценных древесных пород, подлежащих замене в порядке реконструкции, разрешается применение любых способов заготовки, в том числе корчевателем бульдозерного типа. В молодняках заготовка осмола из хозяйственно ценных пород возможна взрывным способом и машинами манипуляторного типа [45]. Технологические коридоры для проезда осмолозаготовительных машин должны проходить в первую очередь по уже имеющимся коридорам и другим не занятых лесом площадям с учётом наименьшего повреждения подроста и молодняка. При отсутствии покрытых лесом площадей технологические коридоры прокладываются через 20 метров. При заготовке ПО в лесных культурах технологические коридоры разрешается прокладывать только по междурядьям [45].
Технологические коридоры не должны занимать более 15 % площади разрабатываемого участка. После завершения работ по корчёвке и трелёвке осмола в молодняках естественного происхождения доля погибших и повреждённых экземпляров не должна превышать 5 %, а в лесных культурах – 3 % первоначального количества.
Основным показателем качества осмола является содержание в нем канифоли. Стандартный сосновый осмол должен содержать не менее 130 кг канифоли в 1 т сырья влажностью 20 %. Размеры его отдельных кусков не должны превышать 60 см, а в поперечном сечении — 40x40 см [89]. В соответствии с ОСТ 13-131-82 пневой осмол должен быть очищен от остатков почвы, заболони и обугленных частей [39]. К основным характеристикам пневой и корневой древесины относятся плотность, содержание коры, экстрактивных веществ и минеральных примесей, свойства волокон. Пни представляют собой часть ствола, поэтому их древесина по свойствам не отличается от древесины ствола. Недостатки пневой и корневой древесины как технологического сырья являются: наличие пороков строения (наклона волокон, крени, свилеватости), разнообразие форм и размеров пня, сложность очистки поверхности пня, значительная засоренность грунтом[143,144]. Трудность заготовки ПО в первую очередь обусловлена низкой концентрацией сырья на единице площади (15... 30 м3 на 1 га для свежего осмола и 3... 10 м3 на 1 га для спелого) [89].Кроме того, существенное влияние на заготовку ПО оказывают грунтовые условия, проходимость машин, усилия корчевки, прилипание грунта к корням, сезонность работ (зимой вести заготовку практически невозможно) и их большая трудоемкость (дневная выработка на корчевке пней колеблется от 3,3 до 7,0 пл. м3/чел.), отсутствие лесных дорог (при заготовке спелого осмола), размеры и форма заготовленных пней, неудобная транспортировка, малая полнодревесность. Заготовка ПО может производиться ручным, взрывным и механизированным способами [89]. Ввиду значительной трудоемкости ручного способа заготовки, малой производительности и опасности взрывного способа, они не нашли широкого применения. Наибольшее распространение получил механизированный способ заготовки ПО, включающий в себя операции механизированной корчевки пней, транспортировки, разделки и очистки сырья, складирования и отгрузки продукции потребителю. При этом наиболее трудоемкой является операция разделки и очистки сырья [89].
Поступающий на канифольно-экстракционные заводы осмол подвергается измельчению в щепу на дисковых или барабанных рубильных машин. Щепу из осмола получают длиной от 3-25 мм и толщиной 1,5—3,0 мм., из которых 85% составляет щепа размером до 15мм. Для улучшения качества щепы ее подвергают дополнительному разделению на фракции, после чего частицы размером более 7 мм направляют в гладковалковые дробилки. Процесс переработки осмола на канифольно-экстракционных заводах не создает принципиальных препятствий для поставок его в виде технологической щепы [89].
Спелый осмол является сырьем с относительно низкой концентрацией на лесной площади и часто экономически труднодоступен из-за отсутствия транспортных путей. К моменту созревания осмола лесовозные дороги разрушаются и становятся непригодными для его вывозки. Заготовка спелого осмола неизбежно сопровождается повреждением деревьев в молодняках естественного происхождения или лесных культурах [89]. По действующим правилам, заготовка ПО в южном и центральном поясе разрешена в лесах возрастом до 12 лет, а в северном поясе до 16 лет [45]. В лесных культурах не разрешается заготовка осмола механизированным способом и допускаются лишь ручной и взрывной способы.
Оценку сырьевых ресурсов ПО осуществляют в три этапа. Предварительно производят камеральные работы по таксационным материалам лесоустройства, лесорубочным билетам и другим учетным документам выбирают площади вырубок, пригодные для промышленной заготовки осмола. На втором этапе проводят натурные обследования выбранных площадей. Глазомерной таксацией, ленточным перечетом и закладкой пробных площадей устанавливают средний диаметр и высоту пня, количество пней и средний запас осмола на 1 га, степень и характер лесовозобновления, качество сырья. На заключительном этапе в результате анализа и обработки полученных данных определяют состав и границы сырьевой базы с наличными запасами осмола. Площади вырубок считают эксплуатационными, если запас осмола на 1 га составляет не менее 2—3 скл. м 3. По данным многолетних обследований сырьевых баз, средний запас осмола составляет 5—9 скл. м 3/га. Число пней колеблется от 50 до 80 шт/га, средний диаметр пня в пределах 24—32 см, высота — от 20 до 30 см [89].
Оценка запасов ПО усчитывает его потери в процессе созревания, и не учитывает потери площадей в виде гарей, на склонах гор и оврагов, по берегам рек и озер, а также на других площадях, где возможно возникновение эрозионных процессов. Однако эти ограничения не являются определяющими при оценке запасов на единице площади и в целом по регионам его заготовки.
Сила удара импульсно-закрученной струи о твердую стенку
Гидравлическая струя воздействует на исследуемую поверхность оказывая на нее воздействие под давлением, кроме того нельзя исключить силу трения между исследуемой криволинейной поверхностью и гидравлической струёй.
Равнодействующую всех сил возникающих между поверхностью и струёй можно представить, как реакцию движущийся жидкости и определить при помощи теоремы о количестве движения. Приняв, что поток РЖ движется в установившимся режиме пульсационно, данная теорема примет вид [130]: где МЯ,0масса жидкости, кг; v(H,t")скорость жидкости, м/с; P(H,t)dt -импульс силы, кгм/с. Пусть в установившимся движении ИЗС в пределах единичного импульса струя направлена по некой твердой поверхности, после упрощения представленой как цилиндрическое тело в декартовой системе координат XOY (рис. 2.1).
Взяв два сечения, нормальных к направлению движения жидкости в единичном участке ИЗС: начально 1-1 и конечное 2-2 и принимая, что для произвольно выбранного бесконечно малого промежутка времени движение параллельно струйчатое, рассмотрим изменение количества движения для выделенного отсека жидкости 1-2 за некоторый промежуток времени dt. За это время отсек жидкости единичного импульса из положения 1-2 переместится в положение Г-2 и приращение количества движения выразится разностью количества движения в объёме V-2 и 1-2. Так как эти объемы состоят соответственно из суммы объемов 1-2 и2-2 и объемов 1-1 и 1-2, то, очевидно, искомое приращение количества движения равно разности количества движения жидкости объемов 2-2 и 1-1 [112].
Реакция поверхности от всей воздействующей массы жидкости будет выражаться в виде сумм реакций каждой элементарной струйки. Данное утверждение выходит из допущения параллельно струйчатого движения жидкости импульса, отсюда можно считать, что каждая элементарная струйка, имеет воздействие на другие струйки, и оказывает влияние в том же виде ее суммарной массой жидкости неподвижной поверхности. Учитывая это, заранее будем брать суммы элементарных количеств движения.
Скорость элементарных струек обозначим через ообщ1(Нл) иОобщ2(Н,і) в соответствующих сечениях, а dS1 и dS2 - ее живые сечения. Масса объема протекающей жидкости, через сечение dS, за некоторое время dt равна: dm = риобщ (Н, t) dSdt = 7- иобщ (Н, t) dSdt, (2.2) Проектирую на ось ОХ количество движения объема протекающей жидкости, получим выражение в виде: dMo64 = PuLn (н 0 dSdt + Ри1 (н 0 cos adSdt, (2.3) где dMo6ui - количество движения элементарной струйки; а— угол между вектором объема жидкости единичной струи, и осью OX проходящей через сечение 1-1.
Допуская отсутствие сил трения между элементарными частицами жидкости, имеем воздействие основных сил: силу тяжести G(H,t) жидкости элементарного участка, силу давления движущийся жидкости P Hjt) и Р2(н,1;)как относительно площадок Sx и S2 так и реакции недеформируемой поверхности на движущуюся пульсирующую жидкость R(H,t).
Аналогичным образом находим величину Ry (H,t) в проекции на ось Y. Рассматривая систему отдельно правую часть систему уравнений, видно, что в ней описывается характер взаимодействия потока жидкости со стенкой, а остальные взаимодействие со стенками в состоянии покоя жидкости. По аналогии с Rх(H,t) и Ry(H,t) , запишем для проекциеи силы реакции RZ(H, t) на ось OZ, и получим уравнение описывающие изменение импульса жидкости в пространстве: RzAai (vLi МУтгйї) + V sin( z)(#, 0 ) - (a2 {Vln2 sin z) + V 2 sin( z)(#, t)S2)] +pl(H,t)Sl cos(jfUMnlz)-p2(H,t)S2 cosf z) .(2.14)
Проведя анализ полученных зависимостей (2.13) и (2.14), делаем вывод о зависимости силы реакции от углов воздействия жидкости а\ и аг2 (начального и конечного углов соответственно), количеством протекающей жидкости Q(H,t), а так же скоростей o t) и u2(H,t) (начальной и конечной скорости соответственно).
Если предположить, что единичный импульс ИЗС воздействует на неподвижную поверхность и имеет во всем объеме жидкости неизменное давление, то составляющая давления не будет учитываться и системы (2.13) и (2.14), запишутся в виде:
Воздействие ИГС с неподвижной стенкой: 1- ГИ; 2- ИГС; 3-ПД [112] исследуемую поверхность. ИЗС жидкости с сечением 0, имеющая начальную скорость движения u0(H,t), воздействует на стенку с давление. Неподвижная стенка, образует реакцию опоры на импульс в виде силы R(H,t), направленной под некоторым углом а к оси ИГС (рис 2.2)[130]. Сила реакции опоры R(H,t) равна по абсолютной величине силе действующего давления импульса струи. Проектируя силу реакции опоры на ось ОХ, со направленную с осью струи (по аналогии с 2.1) запишется в виде:
Эксперементальные исследования влияния динамических характеристик импульсно-закрученной струи
При исследовании динамических характеристик ИЗС на преграду, нами было приняты следующие варьирующиеся показатели: pH -максимальное давление в корпусе ГИ, Мпа; l- расстояние гидроимпульстора до преграды, м; f- частота следования импульсов высокого давления, Гц; d0 - диаметр ВН, м; 0 -угловая частота вращения ВН, с-1. В качестве меры отклика реакции струи приняты: Р- максимальная сила удара струи о преграду за время импульса, Н. Нужно установить параметры варьируемых характеристик и обосновать их достаточность.
Так как в технологическом процессе по очистке пневого осмола учувствуют следующие фазы процесса очистки: удаление грунта, коры и гнили. И они имеют различную силу связи с древесиной, поэтому эксперименты велись для всех фаз очистки ПО. Кора имеет значительно меньшую силу взаимосвязи, чем грунт. Поэтому целесообразно для удаления грунта применять ВН большего диаметра d0 , чем для удаления коры или для обрезки коревой системы. Для проведения экспериментального исследования динамических характеристик ИЗС было принято использовать насадки различных диаметров: от 2 до 6 мм. Частота импульсов f была определена и использована основываясь на проведённых ранее исследований в работе [113]. Расстояние l от выпускных насадок ГИ до очищаемой поверхности, было подобрано таким образом, чтобы при lmin ИГС не могла повредить стреуобразующее устройство, а lmax бралось на основании потери компактности ИЗС.
Изменение давления рн в корпусе ГИ, подобрано так, чтобы при рнmin обеспечивалось удаление грунта с ПД, а pнmax обеспечивало максимально возможное давление установки. Диапазон параметров влияющих на степень очистки ПД от грунта в таблице 3.1.
Осциллографом велась запись (рис 3.11) изменения параметров давления в корпусе ГИ и параметров отклика динамического воздействия ИГС на преграду. Давление в ГИ описывается кривой -1, изменение силы воздействия ИЗС описывается кривой 2, изображённых на рисунке 3.12. На осциллограмме был выбран промежуток более 10-тью импульсами давления, каждое из который замерялось в ГИ и Р сила удара ИЗС о очищаемую поверхность. Для каждого импульса ИГС было замерено давление в корпусе ГИ (pН) и Р сила воздействия ГИС на неподвижную поверхность, вследствие замера оси OY от начала оси до кривой давления в корпусе ГИ, и измерением площади кривой силы удара и осью.
Технологический процесс экспериментальных исследований очистки ПО с применением натурных образцов При проведении эксперимента, проводились исследования для различных технологически процессов: удаление грунта, коры, гнили (Приложение 6, 7, 8). В процессе экспериментальных исследований устанавливались отличные друг от друга параметры установки для различных фаз технологического процесса очистки ПД. Для отклика факторов был взята ширина обрабатываемой поверхности B; для грунта находилась ширина очистки ПД; для отделения коры от ПД- ширина очищенно полосы. В качестве варьируемых факторов были приняты: l-расстояние между ГИ и обрабатываемой поверхностью, м ; d0-расстояние между ГИ и обрабатываемой поверхностью, м ; f- частота следования импульсов высокого давления, Гц. Для проведения экспериментальных исследований было подобрана скорость движения платформы с установленной на ней ГИ (c и=0,1м).
В следствии присутствия изменяемых параметров, применяется метод эвристического регрессионного анализа случайного поиска для расчетов регрессионных коэффициентов на ЭВМ.
Критерианльной величиной ИГС принималось максимальное давление о очищаемую поверхность, значение полученных данных изложены в приложении 5. Применив методику обработки статистических и экспериментальных данных [50,51,78,82,83,84,129] установили нужное число проводимых экспериментальных замеров. Взяв дискретную величины результатов максимальной силы удара ИЗС полученных в ходе экспериментов, и проанализировав их статистическую совокупность, выявили статистический ряд из 5 выборочных средних значений Рнmax ИЗС: 260,8; 378,6; 443,4; 520,9; 636,5.
Используя начальные параметры работы ГИ (табл. 4.1), найдём функциональную зависимость динамического давления от времени. Основываясь на уравнение прямой проходящей через две точки, в систему равнений (4.1) подставим начальные значения из таблицы 4.1 и вследствие чего получим функциональную зависимость для увеличения и понижения переменного напора как функцию от времени t через угловой коэффициент k и минимальное давление в корпусе ГИ pmin.
Разработка схемы использования импусльно-закрученных струй в технологическом процессе заготовки пневого осмола
Технологический процесс заготовки древесины включает множество технологических схем и систем машин и их разнообразие применения. Наиболее распространенным технологическим процессом при заготовки древесины является механизированным способ заготовки, который включает в себя такие процессы как: рубка лесных насаждений путем их спиливания, первичной обработки древесины (очистка от сучьев, раскряжевка хлыстов, трелевка деревьев, хлыстов или сортиментов из лесосеки до лесопогрузочного пункта с формированием на нем штабеля (штабелей) древесного сырья), лесоскладские работы и транспортировку древесины из леса.
Основные операции в технологическом процессе для заготовки ПО практически не отличается от процесса при заготовки древесины. В него будет входить: извлечение пней из грунта, трелевка на склад, очистка, разделка на щепу и вывозка полученной щепы. Как известно наиболее трудоемкая операция, это очистка и разделка пней. Для получения хорошо очищенного ПО, нами предлагается технологическая схема по заготовке ПО с применением ИЗС. 5.3.1 Система машин для заготовка свежего пневого осмола
В технологических процесс по заготовке свежего осмола включены следующие операции: корчевание пней; перевозка их на склад; очистка от коры, заболони, мелкой КС и грунта; разделка пней на технологическую щепу, сортировка технологической щепы.
У свежего ПО количество смолы ядровой части составляет 8-15%, а в заболони до 4%. Так как щепа разной смолистости применяется для разных предприятий: технологическая щепе смолистости менее 13% применяется на целлюлозно-бумажных комбинатах, а щепа смолистости выше 13% на канифольно-экстрактных и смоло-скипидарных предприятиях. То при заготовке свежего пневгого осмола, после его очистки и рубки, полученную технологическую щепу необходимо сортировать на щепу малой смолистости меньше 13% и высоко более 13%.
В технологический процесс по заготовке свежего ПО входят следующие механизмы: 1. Гусеничный трактор ДТ-75, оснащенным навесным корчующим оборудованием ДП-8А Рисунок 5.4 Трактор ДТ-75, оснащенным навесным корчующим оборудованием ДП-8А. 2. УРАЛ 63771С с гидроманипулятором ОМЛТ-97 с самосвальной грузовой платформой повышенной вместимости объемом 24 м3, рисунок 5.5. 3. Стационарная линия по очистке ПД 4. Установка для размельчения очищенных пней ЛО-109 5. Установка для сортировки технологической щепы ЛО-115 Корчевание пней производится при помощи трактора ДТ-75 с навесным оборудованием ДП-8А (Рисунок 5.4). Выкорчеванные пни собираются в кучу в зоне работы трактора. После чего манипулятором ОМЛТ-70 неочищенный ПО погружается в кузов автопоезда УРАЛ63771С.
После этого автопоезд доставляет неочищенный осмол на нижний склад осмолозаготовительного производства и производит разгрузку на приемную площадку стационарной линии по очистке ПО, путем опрокидывания кузова. После чего при помощи погрузчика пни подаются в загрузочный бункер. Рабочий, находящийся за пультом управления линии очистки, следит за полнотой бункера и регулирует скорость подачи не очищенного осмола на подающий конвейер к установке по очистке пневой древесины ИЗС, где происходит удаление коры, почвы, мелкой КС и минеральных примесей. Затем очищенные пни попадают на продольный конвейер которые доставляет их в установку для измельчения целых пней ЛО-109 для получения ПО стандарта. Полученная щепа подается транспортером в сортировочный машину ЛО-115, где она сортируется на низко смолистую и высоко смолистую технологическую щепу. 5.3.2 Система машин для заготовка спелого пневого осмола
После этого автопоезд доставляет не очищенный осмол на нижний склад осмолозаготовительного производства и производит разгрузку на приемную площадку стационарной линии по очистке ПО, путем опрокидывания кузова. После чего при помощи погрузчика пни подаются в загрузочный бункер. Рабочий находящийся за пультом управления линии очистки, следит за полнотой бункера и регулирует скорость подачи не очищенного осмола на подающий конвейер к установке по очистке пневой древесины ИЗС, где происходит удаление коры, гнили, почвы, мелкой КС и минеральных примесей. Затем очищенные пни попадают на продольный конвейер которые доставляет их в установку для измельчения целых пней ЛО-109.
Исследуемый способ и устройство ГО древесины подходит для работы в составе системы машин на нижнем складе, состоящей из консольно-козлового крана ККЛ-32, разгрузочно-растаскивающее устройство РРУ-10, электромоторных пил ЭПЧ-3, сортировочного транспортера Б-22У-1А.
Применение разработанного способа и устройства по очистке ПД позволяет повысить производительность процесса заготовки пневого осмола, и получить положительный экономический эффект выражающийся величиной годового прироста прибыли в размере 639,8 тыс. руб., при этом срок окупаемости вложении составляет 1 год.