Введение к работе
Актуальность темы исследования. Из древесины производится около 20 тысяч наименований продукции, причем около 95% приходится на продукцию химической и механо-химической переработки древесины. Большая часть таких производств в качестве сырья потребляет технологическую щепу, к которой предъявляются требования по наличию в ней коры, гнилей и минеральных включений.
Наиболее трудо- и энергоемкой операцией технологического процесса по производству технологической щепы является окорка балансовой древесины, которая в подавляющем большинстве случаев, производится методом групповой окорки в окорочных барабанах различной конструкции.
От эффективности производства и качества технологической щепы, используемой в качестве сырья для деревоперерабатывающих предприятий, напрямую зависит эффективность их технологического процесса и качество выпускаемой ими готовой продукции.
Степень разработанности темы исследования. Диссертация является законченным научным исследованим, включающим в себя изучение состояния проблемы, постановку цели и задач, теоретический анализ процесса групповой окорки балансов в барабанах с составлением математической модели, экспериментальное исследование этого процесса, практическую реализацию исследования в виде рекомендаций по выбору основных показателей процесса окорки лесоматериалов в барабане, в зависимости от свойств сырья и требуемой степени окорки, а также новые технические решения, направленные на повышение эффективности производства технологической щепы.
Целью диссертационной работы является формирование теоретических предпосылок, позволяющих повысить эффективность процессов производства технологической щепы.
Объект исследований. Кора и древесина основных лесорастительных пород.
Предмет исследования. Процесс производства технологической щепы из балансовой древесины.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи исследования:
Разработать и исследовать математическую модель процесса групповой окорки лесоматериалов в окорочных барабанах позволяющую оценивать один из основных параметров групповой окорки лесоматериалов – время их обработки, при котором будут минимизированы потери древесины без снижения качества окорки, с учетом конструктивных элементов барабана, параметров балансов, их свойств и температуры.
Получить количественные соотношения зависимости силовых и кинематических параметров управления процессом окорки, позволяющие эффективно влиять на достижение заданного качества окорки.
Экспериментальным путем исследовать процессы, возникающие при групповой механической окорке лесоматериалов.
Разработать технические решения, позволяющие повысить эффективность производства технологической щепы, за счет точной оперативной автоматизированной оценки качества выполнения операций и управления процессом, повышения производительности линии, снижения энергоемкости процесса и потерь древесины.
Научная новизна работы. Разработанная математическая модель, позволяющая оценивать один из основных параметров процесса групповой окорки лесоматериалов – время их обработки, при котором будут минимизированы потери древесины без снижения качества окорки, с учетом конструктивных элементов барабана, параметров балансов, их свойств и температуры, раскрывает механизм процесса разрушения коры при взаимодействии бревен между собой и с элементами конструкции окорочного барабана.
Теоретическая и практическая значимость работы.
1. Математическая модель процесса групповой механической окорки лесоматериалов в окорочных барабанах и результаты ее исследования углубляют теорию механической окорки и технологии лесопромышленного производства. Методика расчета и управления основными параметрами процесса позволяет разрабатывать организационные, технологические и технические мероприятия, обеспечивающие стабильность качественных показателей групповой окорки лесоматериалов в окорочных барабанах.
2. Разработанные технические решения позволяют повысить эффективность производства технологической щепы, за счет точной оперативной автоматизированной оценки качества выполнения операций и управления процессом, повышения производительности линии, снижения энергоемкости процесса и потерь древесины.
Методология и методы исследования. Теоретической основой исследования явились работы ведущих отечественных и зарубежных ученых по повышению эффективности работы лесопромышленных складов. В работе использованы базовые методы научно-технического познания, математического моделирования, сопротивления материалов, механики контактного разрушения, измерения и обработки экспериментальных данных.
Автор в своих исследованиях опирался на фундаментальные работы видных ученых в области теории оборудования лесопромышленных складов – Бойкова С.П., Васильева С.Б., Газизова А.М., Григорьева И.В., Крылова Г.А., Локштанова Б.М., Пигильдина Н.Ф., Редькина А.К., Симонова М.Н., Торговникова Г.И., Шадрина А.А., Шегельмана И.Р. и др.
На защиту выносятся следующие положения:
Математическая модель, позволяющая оценивать один из основных параметров процесса групповой окорки лесоматериалов – время их обработки, при котором будут минимизированы потери древесины без снижения качества окорки, с учетом конструктивных элементов барабана, параметров балансов, их свойств и температуры.
Установленные количественные соотношения, учитывающие влияние показателей процесса на качество окорки бревен, физико-механические свойства коры которых меняются в зависимости от внешних факторов - влажности и температуры окружающей среды.
Технические решения, позволяющие повысить эффективность производства технологической щепы, за счет точной оперативной автоматизированной оценки качества выполнения операций и управления процессом, повышения производительности линии, снижения энергоемкости процесса и потерь древесины.
Степень достоверности и апробация результатов обеспечивается применением современных методов исследования, обоснованностью принятых допущений, обоснованностью методов расчета и моделирования, а также подтверждается экспериментальными исследованиями процесса групповой механической окорки лесоматериалов.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: Девятой международной научно-практической Интернет-конференции «Леса России в XXI веке» (СПб, 2012 г.); МНТК «Опыт лесопользования в условиях Северо-Запада РФ и Фенноскандии» (Петрозаводск, 2011 г); МНТК «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2010, 2011 г.); МНТК молодых ученых и специалистов «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (СПб, 2011 г.); Международном научно-практическом форуме «Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона» (Хабаровск, 2012 г.); Республиканском научно-практическом семинаре-конференции «Инновационная система и методы использования и воспроизводства лесных ресурсов на базе новых технологий интенсивного лесопользования» (Петрозаводск, 2012 г.); МНТК «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса» (Кострома, 2012 г.); Международном научно-образовательном семинаре «Деревянные конструкции-2011: образование, практика, инновации в странах Баренцева Евро-Арктического региона» (Архангельск, 2011 г.); Политехническом фестивале молодых ученых и специалистов (СПб, 2012 г.); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы переработки древесины» (СПб, 2012 г.); и ежегодных научно-технических конференциях СПбГЛТУ в 2011-2013 гг.
Научная работа соискателя «Новые технические решения для бирж сырья целлюлозно-бумажных комбинатов», выполненная по материалам диссертации, награждена дипломом победителя конкурса на лучшую научную публикацию среди студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов СПбГЛТУ за 2012 год.
Научная работа соискателя «Уменьшение потерь древесины при производстве технологической щепы» отмечена дипломом лауреата Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области технических наук, проводимого на базе Национального исследовательского университета «ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»» (2012 г).
Проект соискателя «Повышение энергетической эффективности технологических процессов древесно-подготовительных цехов деревоперерабатывающих предприятий» был признан победителем регионального этапа конкурса лучших рацпредложений в сфере энергосбережения и энергоэффективности среди студентов и аспирантов вузов России, проводимого Министерством образования и науки РФ (2013 г).
Проект соискателя «Повышение эффективности производства технологической щепы из низкокачественной древесины» был признан победителем конкурса грантов 2013 года для студентов и аспирантов вузов, расположенных на территории Санкт-Петербурга.
Часть материалов работы получена при выполнении НИР по государственному контракту П1209 по ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы», по направлению «Переработка и утилизация техногенных образований и отходов» в рамках мероприятия 1.3.1. Часть материалов работы получена при выполнении НИР № 01201255482 «Разработка теоретических основ сквозных технологических процессов и модульных систем машин лесозаготовительного производства». Диссертационные исследования выполнялись в створе Перечня Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации, утвержденного Президентом РФ 07 июля 2011 г. Пр-899 (пункты «Рациональное природопользование» и «Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика»).
Публикации. По материалам диссертации опубликована 21 работа. Две статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получены пять патентов на полезную модель. Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах по НИР.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы. Общий объем работы 197 страниц. Диссертационная работа содержит 59 рисунков, 29 таблиц. Список литературы содержит 130 наименований.
