Введение к работе
Актуальность темы. Согласно концепции «Рациональное природопользование» в Российской Федерации поставлена задача ускоренного решения проблемы полного комплексного освоения лесных ресурсов. Эта задача не может быть решена без создания прогрессивных энергосберегающих технологий, позволяющих экономически эффективно и экологически безопасно вовлекать в переработку местные энергетические ресурсы, в числе которых важнейшее место занимает древесное биотопливо.
Основными энергоносителями в жилищно-коммунальной сфере до сих пор являются продукты переработки нефти и угля, а в последнее время и природный газ. Для многих регионов РФ эти ресурсы являются привозными источниками получения энергии, и в их топливно-энергетическом комплексе наблюдается нестабильная ситуация. Использование местного биотоплива позволит обеспечить безопасное функционирование топливно-энергетических комплексов лесопромышленных регионов и страны в целом.
Несмотря на работы, выполненные СПбГЛТА, МГУЛом, ЦНИИМЭ, ГНЦлеспромом, ВНПОлеспромом, ВГЛТА, Марийским ГТУ, ПетрГУ, КарНИИЛПом и др., имеющиеся ресурсы энергетической древесины в России используются для получения энергии в весьма ограниченных объемах, в частности в республики Карелия менее 11 %. Все это обуславливает необходимость проведения исследований, направленных на интенсификацию вовлечения в переработку энергетической древесины и, прежде всего, энергетической древесины, образующейся на лесных участках в процессе лесосечных работ.
Таким образом, актуальность рассматриваемых вопросов обусловлена как их тесной связью с направлением «Рациональное природопользование» Российской Федерации и стратегиям ЕС по развитию использования возобновляемых энергетических ресурсов, так и актуальностью для лесопромышленного комплекса России.
Цель исследований. Разработка технологических решений, повышающих эффективность производства щепы энергетического назначения на лесосеке из смеси дровяной древесины и лесосечных отходов.
Объекты исследований. Технологические процессы и машины для подготовки и переработки древесного сырья при производстве щепы энергетического назначения. Процессы образования лесосечных отходов при лесосечных работах.
Научные положения, выносимые на защиту:
Математическая модель, описывающая процессы образования лесосечных отходов в процессе заготовки сортиментов комплексом машин «харвестер-форвардер», учитывающая взаимосвязанную совокупность природно-производственных факторов, включая таксационные показатели леса (запас на гектар, средний объем хлыста, состав древостоя), ширину пасеки, длину вылета манипулятора, а также вероятностное влияние работы харвестера.
Имитационная модель работы передвижной рубительной машины бункерного типа при различных режимах работы и математическая модель, описывающая процессы измельчения дровяной древесины передвижной рубительной машиной, учитывающая объем пачки, количество дровяных стволов в пачке, среднеквадратическое отклонение диаметров стволов от среднего.
Методика определения рационального соотношения дровяной древесины и лесосечных отходов при их совместной переработке рубительной машиной.
Экспериментальные закономерности, характеризующие объемы лесосечных отходов и расстояние между пунктами их скопления на лесосеке, а также зависимости, характеризующие работу рубительной машины манипуляторного типа при измельчении смеси лесосечных отходов и дровяной древесины.
Технологические решения и рекомендации, повышающие эффективность производства щепы энергетического назначения.
Научная новизна.
Разработана математическая модель для оценки характера образования лесосечных отходов при заготовке сортиментов комплексом машин «харвестер-форвардер» в зависимости от взаимосвязанной совокупности природно-производственных факторов, включая запас на гектар, средний объем хлыста, состав древостоя, ширину пасеки, длину вылета манипулятора, а также вероятностное влияние работы харвестера. Аналитически описан процесс измельчения дровяной древесины рубительной машиной в зависимости от объема пачки, количества стволов в ней и среднеквадратического отклонения диаметров стволов от среднего. Установлено рациональное соотношение дровяных стволов и лесосечных отходов в пачке, измельчаемых рубительной машиной. Установлены новые закономерности процесса измельчения смеси лесосечных отходов и дровяной древесины. Защищены патентами технологические
решения, повышающие эффективность производства щепы энергетического назначения.
Практическая значимость. Результаты исследования являются научной основой для принятия решений при выборе технологических процессов производства щепы энергетического назначения для лесозаготовительных предприятий в природно-производственных условиях республики Карелия. Работы выполнены в рамках важнейших НИОКР Республики Карелия (госконтракты № 125 2009 г. «Научно-методическое сопровождение процессами функционирования лесопромышленного комплекса Республики Карелия в условиях принятия спектра полномочий, ранее осуществляемых федеральным центром», № 126 2009 г. «Мониторинг состояния и прогнозирование развития лесопромышленного кластера Республики Карелия»). Результаты исследований внедрены «Лестоппромом» и использованы Государственным комитетом республики Карелия по жилищно-коммунальному хозяйству и энергетики при прогнозировании развития биоэнергетики республики Карелия.
Достоверность научных исследований подтверждается значительным статистическим материалом, полученным в реальных природно-производственных условиях Республики Карелия, адекватностью разработанных моделей, внедрением результатов исследований.
Апробация работы. Основные результаты исследований были обсуждены на Международных научных конференциях «Леса России в 21-ом веке» (С-Пб, 2009), «Север и Арктика в новой парадигме мирового развития» (Апатиты, 2010), «Севергеотех-2009» (Ухта, 2009), «Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике» (Петрозаводск, 2010), на Республиканских научных конференциях «Структурная перестройка лесного комплекса Республики Карелия, «Развитие производительных сил Республики Карелия» (Петрозаводск 2008, 2010) на заседаниях кафедры технологии и оборудования лесного комплекса и НТС КарНИИЛПКа ПетрГУ.
Методы исследования. Методы классической механики, аналитической механики и математического моделирования, методы математической статистики, математического программирования, вычислительные эксперименты на ЭВМ, натурные эксперименты, хронометраж, теория массового обслуживания.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми разделов и списка использованной литературы из 131 наименования. Общий объем работы 181 страница, 78 рисунков, 34 таблицы.
