Введение к работе
Актуальность темы исследования. Одним из наиболее распространенных способов модификации древесины мягколиственных пород, а также тонкомерной хвойной древесины, с целью повышения ее эксплуатационных свойств, таких как, например, биостойкость и огнестойкость является пропитка древесины водными растворами различных солей. В настоящее время активно ведутся также исследования применительно к использованию для пропитки древесины, помимо водных растворов, синтетических и природных полимеров. Известны различные способы пропитки: вымачивание древесины, пропитка в барокамерах, пропитка древесины в пьезопериодическом поле в режиме «вакуум - давление - вакуум - давление», автоклавный способ пропитки древесины по методу «давление - сброс - давление», пропитка в центробежных установках. Способ пропитки на центрифуге (центробежный способ) известен, апробирован и дает при обработке древесины хорошие результаты. Для указанного способа характерна возможность обеспечить равномерную сквозную пропитку, что позволяет в дальнейшем проводить механическую обработку пропитанных заготовок.
Однако, несмотря на значительный объем проведенных исследований, вопрос центробежной пропитки древесины исследован не полно. Существующие модели центробежной пропитки древесины требуют значительного объема дополнительных экспериментальных данных для их применения на практике. Вопрос кинетики центробежной пропитки исследован недостаточно, отсутствуют сравнительно простые зависимости, позволяющие на практике определить рациональные режимы обработки древесины на центробежных установках. Отсутствует методика, позволяющая установить рациональные режимы работы центрифуг для пропитки при варьировании длины и породы обрабатываемых сортиментов. Все это сдерживает развитие технологии модификации древесины путем пропитки и ограничивает практическое применение данного способа.
Таким образом, дальнейшее исследование процесса пропитки древесины мягколиственных пород и тонкомерной хвойной древесины в поле центробежных сил, дальнейшее совершенствование технологии пропитки лесоматериалов является актуальной практической задачей.
Степень разработанности темы исследования. Процесс центробежной пропитки древесины описан в общем виде. Отсутствуют необходимые для практических расчетов экспериментальные данные о фильтрационных характеристиках древесины. В научной литературе не приводится методика обоснования рациональных режимов работы оборудования (центрифуг) для пропитки древесины мягколиственных пород и тонкомерной хвойной древесины при варьировании длины пропитываемых сортиментов.
Цель работы. Повышение эффективности процесса центробежной пропитки лесоматериалов мягколиственных пород и тонкомерной древесины хвойных пород.
Задачи исследования. Задачи, требующие решения для достижения поставленной цели:
-
Построить теоретическую модель процесса насыщения древесины жидкостью, позволяющую описывать кинетику центробежной пропитки при варьировании длины сортимента.
-
Проанализировать влияние основных параметров процесса центробежной пропитки на время пропитки сортимента.
-
Разработать методику экспериментальных исследований и опытную установку для изучения центробежной пропитки.
-
Провести экспериментальные исследования центробежной пропитки древесины лиственных пород (осина, береза) и тонкомерной хвойной древесины (ель, сосна).
-
Экспериментально определить степень заполнения жидкостью внутреннего пространства древесины при центробежной пропитке в зависимости от породы древесины.
-
Экспериментально определить фильтрационные характеристики при пропитке древесины центробежным способом в зависимости от породы.
-
Разработать рекомендации по определению рациональных с точки зрения времени режимов работы и конструктивных параметров центрифуг для пропитки при варьировании длины сортимента.
Научная новизна. Разработанные и исследованные модели процесса центробежной пропитки лиственных и тонкомерных хвойных лесоматериалов, расширяющие представления о теории движении жидкости в древесине, и устанавливающие рациональные конструктивные параметры и режимы работы оборудования для пропитки при варьировании длины и породы пропитываемого сортимента.
Теоретическая значимость работы. Разработанные математические модели процесса пропитки лесоматериалов в поле центробежных сил развивают теоретические представления о процессе центробежной пропитки древесины, позволяют проанализировать влияние основных параметров процесса центробежной пропитки на время обработки сортимента.
Практическая значимость работы. По результатам исследований установлена степень заполнения внутреннего пространства древесины пропиточной жидкостью, определены фильтрационные характеристики исследованных пород древесины (осина, береза, сосна, ель). Результаты работы позволяют обосновать рациональные режимы работы (частота вращения плат-
формы) и конструктивные параметры (радиус платформы) центрифуг для пропитки лиственной и тонкомерной хвойной древесины при варьировании длины обрабатываемых сортиментов.
Результаты работы могут быть рекомендованы к использованию производственными, проектными, научно-исследовательскими и учебными организациями лесной отрасли.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Математическая модель процесса центробежной пропитки лиственной и тонкомерной хвойной древесины.
-
Установленные на основании реализации математической модели численные соотношения, определяющие время обработки древесины и параметры работы оборудования при заданной степени пропитки при варьировании длины и породы обрабатываемого сортимента.
-
Результаты экспериментальных исследований степени (глубины) пропитки древесины в зависимости от ее породы.
-
Результаты экспериментальных исследований по определению фильтрационных характеристик древесины березы, осины, сосны и ели.
-
Методика определения рациональных режимов работы и конструктивных параметров оборудования для центробежной пропитки мягколист-венных и тонкомерных хвойных лесоматериалов.
Степень достоверности результатов исследования. Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена проведением экспериментальных исследований и подтвержденной при помощи методов математической статистики адекватностью полученных моделей.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на международной научно-практической интернет-конференции «Леса России в XXI веке», СПб, 2010; Республиканском научно-практическом семинаре-конференции "Инновационная система и методы использования и воспроизводства лесных ресурсов на базе новых технологий интенсивного лесопользования", Петрозаводск, 2012; МНТК «Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона», Хабаровск 2013; а также на научно - технических конференциях ле-соинженерного факультета Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени СМ. Кирова в 2011-2013 гг.
Часть материалов работы получена при выполнении НИР № 01201255482 «Разработка теоретических основ сквозных технологических процессов и модульных систем машин лесозаготовительного производства».
Результаты работы прошли успешную апробацию и используются в технологическом процессе ГП «Борзнянское лесное хозяйство», что подтверждается Актом внедрения.
