Обоснование параметров механизма выброса щепы рубительной машины для производства энергетической древесины на вырубках тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат наук Фомина Ольга Александровна

• Фомина Ольга Александровна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Фомина Ольга Александровна

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. 1 Анализ состава лесосырьевой базы лесостепной и таежной зон юга

Западной Сибири

1.2 Анализ тенденций использования продукции, получаемой из низкокачественной древесины и отходов лесозаготовки

1.3 Анализ конструкций машин для измельчения древесных отходов и видов щепы, получаемой с их помощью

1.4 Анализ способов транспортирования сырья из рубительных

машин

1.5 Анализ исследований рабочего процесса транспортирования сырья

из рубительных машин

1.6 Выводы. Цель и задачи исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЫБРОСА ЩЕПЫ ИЗ ДИСКОВОЙ РУБИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОРУБОЧНЫХ ОСТАТКОВ

2.1 Общие положения модели рабочего процесса выброса щепы из дисковой рубительной машины для измельчения порубочных остатков

2.2 Представление в модели рабочих поверхностей механизма выброса щепы

2.3 Расчет показателей эффективности механизма выброса щепы

2.4 Начальные и граничные условия, допущения модели рабочего процесса выброса щепы из дисковой рубительной машины для измельчения порубочных остатков

2.5 Компьютерная программа для моделирования механизма выброса щепы из дисковой рубительной машины

2.6 Особенности проведения компьютерного эксперимента по обоснованию конструктивно-технологических параметров механизма выброса щепы из дисковой рубительной машины

2.7 Влияние конструктивных и технологических параметров на эффективность механизма выброса щепы из дисковой рубительной машины

2.7.1 Влияние частоты вращения рубительного диска

2.7.2 Влияние количества лопастей на эффективность рабочего процесса выброса щепы из дисковой рубительной машины

2.7.3 Влияние зазора между лопастями и кожухом на эффективность рабочего процесса выброса щепы из дисковой рубительной

машины

2.7.4 Влияние диаметра круглой зоны щепопроводана на эффективность рабочего процесса выброса щепы из дисковой рубительной

машины

2.7.5 Влияние высоты круглой зоны щепопровода на эффективность рабочего процесса выброса щепы из дисковой рубительной

машины

2.7.6 Влияние размеров выходного окна щепопровода на эффективность рабочего процесса выброса щепы из дисковой рубительной

машины

2.8 Зависимость производительности механизма от его параметров

2.9 Влияние отверстий в кожухе рубительного диска на показатели эффективности выброса щепы

2.10 Оптимизация конструктивных параметров механизма выброса

щепы из дисковой рубительной машины

2.11 Конструктивно-технологическая схема дисковой рубительной машины, оснощенной новым механизмом выброса щепы

2.12 Выводы

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОЧЕГОПРОЦЕССА ВЫБРОСА ЩЕПЫ

3.1 Описание лабораторной установки и методики проведения исследований

3.2 Подготовка и выполнение лабораторных исследований

3.3 Методика многофакторного планирования лабораторных исследований

3.4 Методика обработки результатов лабораторных исследований

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОЧЕГОПРОЦЕССА ВЫБРОСА ЩЕПЫ

4.1 Результаты исследования влияния закономерностей влияния частоты вращения рубительного диска, количества отверстий в кожухе и скорости выброса щепы на эффективность механизма транспортирования щепы из дисковой рубительной

машины

4.2 Результаты исследования фракционного состава щепы в зависимости от конструктивно-технологических параметров механизма выброса конечного продукта из дисковой рубительной машины

4.3 Выводы

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРОИЗВОДСТВО

5.1 Описание конструкции и принципа действия опытного образца дисковой рубительной машины, оснащенной новой конструкцией механизма выброса щепы

5.2 Определение технико-экономических показателей опытного образца дисковой рубительной машины, оснащенной новой конструкцией загрузочного устройства

5.3 Экономическая эффективность от применения опытного образца

дисковой рубительной машины

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕВ

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

ПРИЛОЖЕНИЕ З

ПРИЛОЖЕНИЕ И

ПРИЛОЖЕНИЕ К

ПРИЛОЖЕНИЕ Л

ПРИЛОЖЕНИЕ М

ПРИЛОЖЕНИЕ Н

ПРИЛОЖЕНИЕ О

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров механизма выброса щепы рубительной машины для производства энергетической древесины на вырубках»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. При проведении заготовки древесины при помощи машин на вырубках остаются значительные объемы древесного сырья, включающие в себя сучья, ветви, вершины, куски стволовой древесины, пни, корни и утратившие свою потребительскую стоимость.

Сегодня при переработке сырья на энергетическую щепу используют различные типы измельчителей. Передвижные измельчители наиболее распространены, так как их можно перемещать к месту производства работ без обеспечения фундамента и энергетических коммуникаций. В настоящее время актуальной является проблема разработки эффективного рубительного оборудования для изготовления энергетической щепы. Поэтому необходимо совершенствовать конструктивные схемы применяемых машин для осуществляющих переработку древесных отходов лесозаготовки.

Так как практически во всех конструкциях машин отсутствует высокоэффективный механизм выброса щепы, который бы способствовал повышению объема транспортируемого материала, и снижению энергоемкости рабочего процесса за счет применения дополнительных устройств в ее конструктивной схеме, увеличивая тем самым производительность измельчающего оборудования.

Поэтому решение задачи, заключающейся в обосновании параметров, которые обеспечивают высокоэффективный процесс выброса конечного продукта из рубительной машины, функционирующей в условиях вырубок, требует дополнительных теоретических, экспериментальных исследований и является актуальной, так как позволяет повысить эффективность лесной отрасли РФ.

Научная работа выполнена согласно приоритетного научного направления ФГБОУ ВО СГАУ им. Н.И.Вавилова «Модернизация

инженерно-технического обеспечения АПК» (регистрационный номер 01201151795).

Степень разработанности темы. Исследованиям рабочего процесса эвакуации щепы из рубительной машины посвятили свои работы Аликин Г.П., Лаунтер Э.М., Вальщиков Н.М., Житков А.В., Рубцов В.М., Рушнов Н.П., Толпыго, В.А. Гусаров А.А., Фридман М.Л., Фокин С.В. и др.

Анализ проведенных научных исследований показал, что транспортирование щепы из кожуха дисковой рубительной машины является заключительным этапом изготовления щепы, определяющим показатели производственного процесса.

Так как щепа, получаемая из порубочных остатков, имеет различный фракционный состав, включая мелкие элементы, вследствие особенностей измельчаемого материала, то основное влияние на вынос данных частиц из кожуха рубительной машины оказывает скорость движения щепы, ее траектория, а также конструктивные особенности лопаток и щепопровода.

Поэтому необходимо дальнейшее исследование процесса выброса щепы из рубительных машин, функционирующих в условиях вырубок с целью совершенствования конструктивных значений дисковых измельчителей.

Цель и задачи исследований. Целью научного исследования определено решение задачи увеличения объема выброса щепы из дисковой рубительной машины, путем модернизации механизма выброса щепы и щепопровода.

В соответствии с поставленной целью необходимо решить задачи следующего рода:

1. Усовершенствовать процесс выброса измельченного древесного сырья из рубительной машины, путем обоснования технологических режимов функционирования механизма выброса щепы, включая щепопровод, а так же их взаимосвязь с показателями эффективности оборудования.

2. Создать математическое отражение процесса транспортирования полученного продукта из кожуха рубительной машины с помощью новой конструкцию механизма эвакуации щепы и щепопровода.

3. На основе математического моделирования рассчитать геометрические величины механизма выброса щепы и технологические значения процесса эвакуации измельченного сырья, которые создают наилучшие условия для транспортирования конечного продукта из рубительной машины.

4. Произвести лабораторно-полевые испытания опытного образца рубительной машины, включающей в себя новую конструкцию механизма выброса конечного продукта и щепопровод.

Объект и предмет исследований. Объектом изучения являются машина для рубки древесного сырья и содержание процесса эвакуации конечного продукта из рубительной машины. Предметом изысканий служат конструктивно-технологические величины механизма выброса конечного продукта и параметры процесса транспортирования щепы.

Научная новизна работы:

1) создан новый технический вариант выброса эвакуации конечного продукта из дискового измельчителя, отличающейся возможностью перемещения более полного объема щепы независимо от ее фракционного состава, производимого за счет того, что на поверхности лопаток с выступами прямоугольной формы установлены ребра, а кожух рубительной машины имеет отверстия для создания восходящих потоков воздуха (патент РФ №195168);

2) получена математическая модель процесса эвакуации конечного продукта из измельчительной машины, отличающаяся возможностью ввода входных параметров модели, в которых одновременно будут максимальными производительность, скорость выброса щепы, вероятность выброса щепы с первого оборота рубительного диска при минимальной составляющей мощности, расходуемой на транспортирование щепы;

3) выявлены числовые зависимости для получения значений конструктивных параметров и режимов функционирования новой конструкции механизма выброса щепы, отличающиеся возможностью оценить влияние конструктивных и технологических параметров на эффективность транспортирования конечного продукта;

4) на базе принципов математического расчета установлена закономерность вляния технических характеристик процесса эвакуации щепы и конструктивно-технологических параметров новой конструкции механизма выброса, отличающиеся учетом одновременного действия на рабочий процесс транспортирования щепы нескольких факторов, определяющих эффективность измельчителя.

Теоретическая значимость работы определяется итогами изучения геометрических параметров конечного продукта, полученного при использовании нового технического решения выброса щепы из дискового измельчителя; рассмотрением зависимости конструктивно-технологических значений нового механизма транспортирования древесного продукта, на действенность процесса эвакуации щепы из кожуха машины; в полученных на базе принципов математического расчета формул для обоснования показателей процесса эвакуации щепы и конструктивных параметров нового механизма транспортирования конечного продукт.

Практическая значимость работы заключается в получении новой конструктивной схемы дискового измельчителя, предложений по обоснованию параметров механизма транспортирования конечного продукта и режимов процесса его эвакуации из кожуха машины. Итоги исследований использованы при расчитске вырубок на территории преприятия «Саратовский лесхоз» и образовательной деятельности Саратовского ГАУ.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Общие результаты выполненных научных разработок, соответствуют п. 5 «Обоснование и оптимизация параметров и режимов работы лесозаготовительных и лесохозяйственных машин» паспорта научной

специальности 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Проведение теоретического обоснования параметров механизма транспортирования конечного продукта и режимов процесса его эвакуации из кожуха машины основывалось на имитационном моделировании с использованием теории динамики частиц и конечных элементов. Итоговые значения дифференциальных выражений определялись численным интегрированием с применением ЭВМ. При получении экспериментальных данных использовались положения теории планирования и методики обработки результатов.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) новая принципиальная схема выброса щепы из дисковой рубительной машины, отличающаяся возможностью перемещения более полного объема щепы независимо от ее геометрических значений;

2) модель рабочего процесса транспортирования щепы новым механизмом выброса, созданная на основе математического моделирования, позволяющая вводить входные параметры модели, в которых одновременно будут максимальными производительность, скорость выброса щепы, вероятность выброса щепы с первого оборота рубительного диска при минимальной составляющей мощности, расходуемой на транспортирование щепы;

3) аналитические выражения для расчета параметров и режимов работы новой конструкции механизма выброса щепы, отличающиеся возможностью оценить влияние конструктивных и технологических параметров на показатели процесса выброса конечного продукта из кожуха машины;

4) Уравнения, описывающие зависимость показателей процесса эвакуации конечного продукта от параметров новой конструкции механизма выброса, отличающиеся учетом одновременного действия на рабочий

процесс транспортирования щепы нескольких факторов, оказывающих влияние на показатели работы измельчающего устройства.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов исследований, итогов и предложений подтверждена теоретическими выкладками и обоснована лабораторно-полевыми испытаниями опытного образца рубительной машины с новой конструктивной схемой механизма эвакуации конечного продукта в условиях производства, а так же обработкой результатов экспериментов на основе методов математической статистики.

Научное исследование проделано в структурном подразделении Саратовского ГАУ - кафедре «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство» в течение 2017-2021 гг.

Материалы диссертационного исследования представлялись на научно-практических конференциях ППС Саратовского ГАУ (2017-2021 гг.), международных научных мероприятиях «Актуальные вопросы науки и хозяйства: новые вызовы и решения» (г.Тюмень, 2017,2019,2020 г.г), научной конференции с международным участием «Forestengmeermg» (г. Якутск, 2018 г.), XVII международной научной конференции «Современные тенденции сельскохозяйственного производства в мировой экономике» (г. Кемерово, 2018 г.), II национальной научной конференции «Современные научно-практические решения в АПК» (г. Тюмень, 2018 г.), 17-ой международной молодежной научной конференции «Фундаментальные исследования, методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике» (г. Новочеркасск, 2018 г.), II международной научной конференции «Современные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса» (г. Вологда, 2019 г.), всероссийской научной конференции «Сквозные технологии промышленных производстви экономическая безопасность» (г. Петрозаводск, 2019 г.), III международной научной конференции «Научные основы повышения эффективности сельскохозяйственного производства» (Украина, г. Харьков, 2019 г.), VII

международной научной конференции «Инновации в природообустройстве и защите в чрезвычайных ситуациях» (г. Саратов, 2020 г.), всероссийской научной конференции «Перспективные разработкии прорывные технологии в АПК» (г. Тюмень, 2020 г.), международной научной конференции «Обеспечение устойчивого развития в контексте сельского хозяйства, зеленой энергетики, экологии и науки о Земле» (ESDCA 2021) (г. Смоленск, 2021 г.).

Личный вклад автора определен участием в установлении цели и задач научной работы, в выработке организационных положений экспериментов, в изготовлении опытной модели измельчающего устройства и создании на ее базе лабораторной установки, выполненных расчетах, анализе итогов, полученных в ходе проведения исследований и публикации материалов по тематике научной работы.

Публикации. Основные итоги научной работы изложены в 25 работах, включая 2 статьи в периодических изданиях из списка ВАК Минобрнауки РФ, 1 статью в журнале, индексируемом в международной базе данных Scopus, 1 патент на полезную модель и 1 свидетельство о государственной регистрации компьютерной программы.

Структура диссертации. Научное исследование состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, библиографического списка и приложений. Всего работа включает в себя 163 страницы текста, из которых 149 страниц основного материала. Диссертация насчитывает 58 иллюстраций, 16 таблиц и 136 литературных источников, из которых 23 являются зарубежными.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ состава лесосырьевой базы лесостепной и таежной зон юга Западной Сибири

Лесостепная и таежная зоны юга Западной Сибири относятся к числу многолесных регионов. При этом лесистость территории Тюменской области составляет 44,2%. По лесным ресурсам они занимает третье место в РФ. Леса, расположенные на данной территории отнесены к южнотаежным (76,9 %). 14,5 % лесов являются подтаежными, а 8,6% площади составляет лесостепь. В ее северно-западной части на площади 178 тыс. га расположены лесостепные боры [89].

Общая площадь лесного фонда территории по данным учета на 01.01.2020 года составляет 11,396 млн. га. Площадь земель, занятой лесной растительностью, составляет 6893,2 тыс. га, из которыхценными хвойными породами представлены 37,1%, а мягколиственными породами и кустарниками-62,6%. Общий запас древесины данных лесорастительных зонсоставляет 960,32 млн. м .

Доля эксплуатационных лесов составляет 81,7% общего запаса насаждений области.Средний прирост древесины ежегодно составляет 13,86 млн. м . Ежегодный объем заготовки древесины оценивается в 16,182 млн.

33

м ; а объем расчетной лесосеки по хвойному хозяйству равен 3,2 млн. м [53].

Породный состав лесов данного района не отличается каким-либо разнообразием. Данный факт связан с природно-климатическими условиями региона. В лесах югалесостепной зоны, значительную территорию занимаютмягколиственные насаждения, среди которых наибольшую площадь и запас занимают древостои березы 53,4%, встречается осина, и реже - хвойные. В северном направленииданной лесорастительной зоны

увеличивается доля хвойных насаждений. Основной хвойной породой на территории области является сосна. Она занимает 27,9% территории лесорастительной зоны.

В лесных насаждениях региона преобладают спелые и перестойные насаждения (50,1%), молодняки занимают 9,3% площади, средневозрастные -25,5%, приспевающие - 15,1%. Данные показатели, свидетельствует о низкой вовлеченности лесов в промышленное производство[54,70].

Общий объем спелых и перестойных насаждений, входящих в состав эксплуатационных лесов лесорастительных зон составляет 487,71 млн. м корневой массы. На долю хвойных пород, приходится от 31,8% объемазапаса эксплуатационного фонда, а на долю мягколиственных пород порядка 68,0%.

Спелые перестойные насаждения образуют доминирующую возрастную группу и являются устойчивой тенденцией к постоянному увеличению объема. Анализ распределения лесов по возрастным группам показал низкий показатель освоения расчетной лесосеки.

Фактические объемы заготовки древесины составили 294,699 тыс. м3, из них древесины хвойных пород - 98,943 тыс. м (данные 2017 года), а объем заготавливаемой древесины мягколиственных пород составил 180,26

33

тыс. м3. Деловая древесина занимает 48,3% (142,431 тыс. м3) от общего объема заготовленной древесины.

Проведение сплошных рубок позволило заготовить 246,578 тыс. м3 сырья (83,7%). При этом часть деловой древесины составила 47,0% от общего объема запаса сырья, а при проведении выборочных рубок заготовлено 48,121 тыс. м лесосырьевой продукции. Доля деловой древесины составила55,1%.

Из выше изложенного видно, что доля деловой древесины составляет, примерно 50% от всей заготовленной, т.е. еще 50% уходит на древесину низкокачественную, не говоря уже об отходах лесозаготовок, которых как правило, составляют примерно 20-25% от заготовляемой древесины. Поэтому ставится задача использования данной древесины [93,110].

Данные виды сырья могут успешно использоваться для производства биотоплива, что особенно актуально в настоящее время, когда ведется активный поиск альтернативных источников энергии.

Из общего объема заготовленной древесины арендаторами лесных участков заготовлено 68,3%, а гражданами для собственных нужд - 18,6% от общего объема. При проведении природоохранных мероприятий заготовлено

л

205,6 тыс. м ликвидной древесины (13,0%)[90,103].

Суммарный объем заготовки древесины от всех видов рубок составляет 9,8% расчетной лесосеки, что свидетельствует о том, чтоона используетсяна 50%. В лесном комплексе данных лесорастительных зонотмечены следующие низкого качества разработки лесосек, а именно:

- в эксплуатационном фонде преобладают труднодоступные участки с отсутствием объектов транспортной инфраструктуры [94,112]. Свыше 20% площади промышленных лесов заболочено, что снижает объемы заготовки древесины.

- в общем объеме расчетной лесосеки преобладают насаждения мягколиственных пород.

Поэтому по хвойным породам расчетная лесосека использована на 26,6%, а по мягколиственным - на 5,7% [94].

За период с 1950 г. по югу лесостепной зоны Западной Сибири отмечается трехкратное сокращение запаса хвойных насаждений, снижение их качества и смена лиственными насаждениями также невысокого качества. Поэтому леса данной зоны в настоящее время представлены преимущественно производными березняками, которые возобновляются за счет пневой поросли, формируя искривленные стволы, пораженные ложным ядром и сердцевинной гнилью [98].

Поэтому леса данной группы характеризуются низкой товарностью ивыход деловой древесинытакой породы как береза, снижается за счет кривизны ствола и поэтому производится заготовка только длинномерных кряжей. Существующий объем заготовки фанерного кряжа не превышает

20% от общего запаса древесины. Средний выход деловой древесины в березняках находится в пределах 50-55 % [80,102].

Так же леса данного района обладают большой массой низкокачественной перестойной древесины мягколиственных пород, что затрудняет полное использование лесосечного фонда мягколиственных пород. Поэтому, по ряду районов, огромные сырьевые ресурсы березовых лесов остаются неиспользованными. Значительные ресурсные затраты при заготовке древесины твердолиственных пород делают ее заготовку невыгодной.

На севере лесостепной зоны площадь лесного фонда составляет 49355 241 га (по состоянию на 2016). Среди покрытых лесной растительностью территорий хвойные насаждения составляют 79,9%, из которых: -сосновые - 53,3%; -кедровые - 15,1%; -еловые - 8,9%; -лиственничные - 2,3%; -пихтовые - 0,3%[83].

Мягколиственные насаждения занято 19,6 %, в том числе березовыми -16,2%, осиновыми - 2,7%. Анализ породной структуры лесных насажденийтерритории показывает, что она неоднородна и характеризуется преобладанием хвойных пород. Среди твердолиственных пород преобладает береза, занимающая 82,3% общей площади твердолиственных насаждений.

В лесном фонде Тюменской области молодые лесные насаждения занимают площадьлесопокрытых земель в размере 10,4%, в средневозрастные насаждения- 18,5%, приспевающие - 13,2%, спелые и перестойные - 57,9%, в том числе перестойные - 21,1%[106]. Так же как и на юге области, здесь преобладают спелые и перестойные насаждения.

Продуктивность лесных насаждений, которая характеризуется классом бонитета невысокая. На данной территории преобладают насаждения V класса бонитета, которые занимают39,4% территории, покрытой лесной

растительностью. При этом насаждения бонитета II класса и выше занимают только 1,2 %.

Основной объем нетоварной древесины при проведение сплошных рубкок составляет в хвойных древостоях 15—25 %, а в лиственных 25— 35 %, том числе в березовых - 45—75, а в осиновых - 55—80 %.В лесной отрасли данных лесорастительных зон преобладает механизированная заготовка сортиментов (с использованием цепных пил и трелевочных тракторов с чокерным оборудованием).

Количество новых лесосечных машин, которые оснащены таким технологическим оборудованием, как манипулятор с захватно-срезающим или захватным устройствами в настоящий момент не превышает 7-8% от общего парка машин.

В настоящее времяпредприятия,которые занимаются заготовкой леса, заменяют хлыстовой метод заготовки древесины более выгодным сортиментным, при осуществлении которого проводится первичная обработкасырья на лесосеке[72].

Лесозаготовители вывозят из леса только ликвидную часть хлыстов: пиловочник и балансы, а порубочные остатки низкокачественную, неликвидную древесину в большинстве случаев оставляют на лесосеке. Объем отходов, остающийся на лесосеке достигает от 40% и более, что приводит к снижению эффективности использования природных ресурсов.

Данные биоресурсы оставляются на местах рубок в виде куч (валов) для перегнивания, а также для последующего сжигания в принятыми правилами очистки вырубок. Они не востребованы, потому чтов области отсутствуют мощности по переработке низкокачественной мягколиственной древесины.

Лесозаготовительных предприятий, где организованы специальные участки по переработке низкокачественной и мелкотоварной древесины на технологическую щепу, с учетом возможности реализации, составляет примерно 10% [107].

Анализ лесосырьевой базы лесостепной и таежной зон юга Западной Сибири показал, что имеющиеся запасы низкокачественной древесины и отходов лесозаготовки могут стать базой для создания биоэнергетической отрасли, которая сможет решить задачу использования возобновляемых энергетических ресурсов, а вовлеченное в переработку низкокачественное сырье, позволит более полно освоивать расчетную лесосеку.

1.2 Анализ тенденций использования продукции, получаемой из низкокачественной древесины и отходов лесозаготовки

В современном мире усиливается необходимость замены ископаемых топливно-энергетических ресурсов взобновляемым сырьем и многие страны ведут исследования альтернативных источников энергии. Прогнозы ученых свидетельствуют о том, что доля ископаемого топлива в мировом энергетике к 2020 г сократиться до 76 %, к 2050 г. - до 45 %, а к 2060 г. составит 30%[92,124].

Сейчас большое внимание уделяют производства топливу из отходов древесины, так как оно экологически безопаснее. Активное развитие биоэнергетика получила после подписания Киотского протокола в 1998 г. После данного события в мире для энергетических целей ежегодно стало заготавливаться порядка 60 % от общего объема заготавливаемой древесины [35,47,131].

При проведении лесозаготовительных работ в развивающихся странах общий объем сырья, используемого в энергетике составляет 81 % от общей массы лесозаготовок. При этом страны с развитой экономикой производят лишь 33 %. Малые объемы энергетической древесины составляют в Бельгии, Германии и Англии, а такие страны, как Австрия, Швеция и Финляндия имеют более высокие показатели использования данного продукта [19,22,48].

Использование древесного сырья для целей биоэнергетики позволяет повысить эффективность лесозаготоветельного производства за счет

увеличенияиспользования нетоварной древесины в энергобалансе страны. Результаты исследований показали, что производство энергии собственными силами более дешевый процесс, чем потребление биоэнергии, выпущенной иными производителями. Результаты анализа свидетельствует о том, что при применении современных технологий, они по своей действенности могут быть следующими по рейтингу после применения прдуктов газодобычи [27,88,132].

Доказано, что количество тепловой энергии, полученной при сгорании

33

5 м древесного продукта эквивалентно сожжению 1 т мазута или 1000 м газа. Расценки на мазут определены в пределах 3000-3500 руб./т, а газа - 600650 руб./ м . При этом стоимость кубометра дров равна 100 руб. Сравнивая цены одной условной единицы топлива, можно сделать вывод, что для мазута и газа она находится на уровне 3000-3500 руб.и 600-650 руб. соответственно, а для древесного сырья равняется 500 руб. [42,59].

При стоимости лесоматериалов порядка 300 руб., цена дров равняется 100 руб., что в 3 раза ниже себестоимости продукции, поэтому убыточность производства данного продукта производители компенсируют увеличением стоимости деловой древесины [43,65]. В настоящее время в производстве используют только 6 м комлевой части ствола дерева. Оставшаяся часть и нетоварная древесина не вывозится с лесосеки, являясь источниками инфекции и пожаров. [44,96].

Наилучшим решением является измельчение древесных отходов в щепу, что позволит устранить наиболее трудоемкие операции в технологическом процессе заготовки древесины: обрезку сучьев, раскряжевку, сортировку и штабелевку [84,108,125].

На основании исследований можно сделать сказать, что наиболее эффективным способом использования древесных отходов и

низкокачественной древесины является их переработка на топливную щепу с использованием рубительных машин.

1.3 Анализ конструкций машин для измельчения древесных отходов и видов щепы, получаемой с их помощью

Оборудование для получения щепы из древесного сырья можно классифицировать следующим образом (рисунок 1.1):

- область практического использования (лесозаготовительное производстов, лесопильные и деревообрабатывающие предприятия,переработка древесных отходов);

- по виду измельчителя (диск, барабан, ротор);

- по мобильности (стационарные, мобильные);

- по типу загрузки (горизонтальные, наклонные);

- по типу выгрузки материала ( с верхним выбросом, с нижним выбросом).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Фомина Ольга Александровна, 2022 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Адамов В.Е. Статистика промышленности/ В.Е.Адамов, Э.В. Вергилес - М.: Финансы и статистика, 2005. - 326 с.

2. Адлер Ю. П.Планирование эксперимента оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. Б. Грановский. - М. : Наука, 1976. - 280 с.

3.Аликин Г.П. Исследование и совершенствование процесса выброса щепы лопастным органом рубительных машинах: автореферат дис. кандидата технических наук: 05.21.01/ Г.П. Аликин // Московский лесотехнический институт. - Химки, 1981. - 21 с.

4.Андреев А. А. Анализ технологических операций получения древесной щепы / А. А. Андреев, Н. А.Доспехова, В. С. Копарев - Научный журнал КубГАУ, №81(07), 2012. - С. 1-16

5.Аренс Х. Многомерный дисперсионный анализ / Х. Аренс, Ю. Лёйтер - М.: Финансы и статистика, 1985. - 231.

6.Анисимов П.Н. Обоснование параметров конструкции и режима работы машины для заготовки щепы на лесосеке: автореферат дис. кандидата технических наук: 05.21.01 / П.Н. Анисимов// Поволж. гос. технол. ун-т. -Йошкар-Ола, 2017. - 18 с.

7. Баринов К.Н. Синтез согласующего устройства для манипуляторов трелевочных и валочно-трелевочных машин/ К.Н. Баринов, В.Ю. Милютников.- Лесной журнал,1985.- № 4- С. 33-35.

8.Беленький Ю.И. Совершенствование лесозаготовительного производства путем оптимизации технологических процессов на лесосеке: автореферат дис. доктора технических наук: 05.21.01 / Ю.И. Беленький // Сев. (Арктический) федер. ун-т им. М.В. Ломоносова. - Архангельск, 2012. -41 с.

9.Бартенев И.М. Система машин для лесного хозяйства и защитного лесоразведения: учебное пособие / И.М. Бартенев, М.В. Драпалюк, М.Л. Шабанов.- Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА», 2010.-215 с.

10.Баклагин В.Н. Обоснование технологических решений, повышающих эффективность производства щепы энергетического назначения на лесосеке //дис. ... канд. техн.: наук: 05.21.01 /В.Н. Баклагин// Петрозаводск, Петрозаводский государственный университет, 2011. - 181 с.

11. Березников С.В. Технико-экономические показатели работы новой конструкции дисковой рубительной машины/ С.В. Березников, С.В. Фокин // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - 2014. - Т. 2. № 3-2 (8-2). - С. 270-272.

12.Бирюков М.В.Исследование и разработка технологии приготовления технологической щепы из древесины лиственницы/М.В.Бирюков //Автореф...канд. тех. наук. - Свердловск, 1969.-21с.

13.Боровиков В. П. Программа STATISTIKA для студентов и инженеров В. П. Боровиков. - М. : Компьютер пресс, 2001. - 301 с.

14. Брик М.И.Технологическая щепа./ М.И. Брик, Б.А.Васильев - М: Лесная промышленность,1975.-208 с.

15. Бурлаков А.С. Об определении конструктивно-технологических параметров механизма подачи дисковой рубительной машины/ А.С. Бурлаков, С.В. Фокин // Современные проблемы науки и образования. -2013. № 5. - С. 129.

16. Бутенин Н. В. Курс теоретической механики : учеб.пособие / Н. В. Бутенин, Я. Я. Лунц, Д. Р. Меркин. - 4-е изд. - М. : Наука, 1985. - Т. 1. - 239 с.

17. Вальщиков, Н.М. Рубительные машины / Н.М. Вальщиков // Л.: Машиностроение. - 1970. - 328 с.

18. Вальщиков, Н.М. Рубительные машины: монография/ Н.М. Вальщиков, Э.П. Лицман // М.: Лесная промышленность. - 1980. - 96 с.

19. Васильев С.Б. Обоснование технологии и оборудования производства щепы при неистощительном лесопользовании: дисс. . доктора техн. наук: 05.21.05, 05.21.01 / С. Б.Васильев. - Петрозаводск. -2002. - 342 с.

20.Веденяпин Г. В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных / Г. В. Веденяпин.- М. : Колос, 1967.- 159 с.

21. Вентцель Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Вентцель.- М.: Изд-во "Наука", 1969. - 576 с.

22. Винокуров В. Н. Машины и механизмы лесного хозяйства и садово-паркового строительства: учебник для вузов/ В. Н. Винокуров, Г. В. Силаев, А.А. Золотаревский ; под ред. В. Н. Винокурова. - М. : Академия, 2004. - 400 с.

23. Воронин И. В. Экономическая эффективность в лесохозяйственном и агролесомелиоративном производствах / И. В. Воронин, А. А. Сенкевич, В. А. Бугаев. - М. : Лесная промышленность, 1975. - 176 с.

24. Вольман Н.С. Влияние числа ножей и скорости вращения рубительной машины на количество отходов при рубке древесины./ Н.С. Вольман // Тр. ЛТИ ЦБП, вып. №27. - Л.: 1970. - С. 96-101.

25. Гончаров В.Н., Гаузе А.А., Аввакумов М.В. Основы теории и расчета оборудования для подготовки бумажной массы. Часть 2. Рубительные машины: учеб. пособие / В.Н.Гончаров, А.А.Гаузе, М.В. Аввакумов // СПбГТУРП. - СПб., 2012. - 50 с.

26. Германович А.О. Моделирование работы рубильной машины на мобильном шасси / А.О. Германович // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2014.- № 2.- С. 8387.

27. Гомонай М.В. Ресурсосберегающие технологии измельчения древесины на щепу в рубильных машинах с многорезцовыми и ножевыми рабочими органами / Гомонай М. В. // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук.- Воронеж, 2003. - 413 с.

28. Гороховский К.Ф. Исследование процесса измельчения сучьев: Автореф ... канд.техн. наук. / К.Ф.Гороховский, - Свердловск, 1971.-19 с..

29. ГОСТ 23246-78 - «Древесина измельченная. Термина и определения».

30. Гулд Х. Компьютерное моделирование в физике / Х. Гулд, Я. Тобочник- Ч. 2. - М.: Мир, 1990. - 400 с.

31.Гусаров Л.А. Анализ видов резания на дисковых рубительных машинах / Л.А. Гусаров, Э.П. Лицман - Тр. ин-таУ ВНИИБ. -1972. - вып. 60. - С. 35-40.

32.Джикович В. Л. Экономика лесного хозяйства : учеб.пособие для студентов вузов / В. Л. Джикович. - М. : Лесная промышленность, 1970. - 320 с.

33. Джонсон Н.Статистика и планирование эксперимента в технике и науке / Н. Джонсон, Ф. Лион. - М. : Мир, 1980. - 610 с.

34. Добрачев А.А.Кинематические схемы, структуры и расчет параметров лесопромышленных манипуляторных машин: монография/А.А. Добрачев, Л.Т. Раевская, А.В. Швец // Екатеринбург: Урал.гос. лесотехн. унт, 2014. - 128 с.

35. ДоспеховаН.А. Рациональное использование древесного сырья: некоторые новые технические и технологические решения / Н.А. Доспехова, М.И. Зайцева, Ю.В. Никонова // Современные научные исследования и инновации. - 2015. - № 1. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/45494.

36. Доспехов В. А. Методика полевого опыта/ В. А. Доспехов. - М. :Агропромиздат, 1985. - 308 с.

37. Донская С.АОценка удара летящей щепы о неподвижную поверхность/ Э.М.Лаутнер, М.С.Сергеев, С.А.Донская, Б.К. Ильенко // Станки, №4, 1993. - С.76-81.

38.Егоров В.А. Влияние условий рубки древесины лиственницы в дисковой рубительной машине на скорость движения щепы. / Э.М Лаутнер, В.А.Егоров В.А., Б.Б. Каменев //Технология, №1, 1978.- С.115-119.

39..3астенский, Л. С. Машины и механизмы лесного хозяйства : учеб.пособие / Л. С. Застенский ; МГУЛ. - М., 2005. - 240 с.

40. Инженерные расчеты на ЭВМ: Справочное пособие / Под ред. В.А. Троицкого. - Л.: Машиностроение, 1979. - 288 с.

41. Инструкция по определению экономической эффективности новых строительных, дорожных, мелиоративных машин, противопожарного

оборудования, лифтов, изобретений и рационализаторских предложений / ЦНИИТЭИстроймаш. - М., 1978. - 243 с.

42. Использование низкокачественной древесины и древесных отходов на лесозаготовительных предприятиях:экспресс-информация/ ВНИПИЭИлеспром. - М., 1990. - 32 с.

43. Использование низкокачественной древесины и отходов лесозаготовок: справочник. - М.: Лесная промышленность,1970.- 248 с.

44. Карпачев С.П. Заготовка щепы на лесосеке с использованием мягких контейнеров/ С.П. Карпачев, Е.Н. Щербаков, Д.В. Шмырев // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - 2014. - Т. 2. - № 3-4 (8-4). - С. 217-222.

45. Кассандрова, О. Н.Обработка результатов наблюдений/ О. Н. Кассандрова, В. В. Лебедев. - М. - Наука, 1970. - 130 с.

46. Кашуба С.М. Оптимизация элементов манипулятора для лесоматериалов/С.М. Кашуба, И.В. Турулай-Механизация лесоразработок и транспорт леса.- Минск: Вышэйша школа, 1985.- С. 39-41.

47. Коробов В. В. Переработка низкокачественного древесного сырья (проблемы безотходной технологии)/ В. В. Коробов, Н. П. Рушнов. - М.: Экология, 1991. - 288 с.

48. Куницкая, О.А. Переработка низкотоварной древесины на технологическую щепу / О.А. Куницкая, Б.М. Локштанов, И.В. Григорьев // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - 2014. - Т. 2. № 3-2 (8-2). - С. 379-382.

49. ЛагарьковА.Н.Метод молекулярной динамики в статистической физике /А.Н.Лагарьков , В.М. Сергеев // УФН. - 1978. - Т. 125. - № 7. - С. 409-448.

50. Лаутнер Э. М. Основы теории получения технологической щепы и разработка нового поколения дисковых рубильных машин: автореферат дис. доктора технических наук: 05.21.03 / Э. М. Лаутнер // Санкт-Петербургский

гос. технологич. ун-т растительных полимеров. - Санкт-Петербург, 1995. - 52 с.

51. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы математико-статистической теории обработки наблюдений / Ю.В. Линник- М.: ГИФМЛ, 1958. - 333 с.

52. Ледницкий А.В. Сравнительный анализ систем машин для производства топливной щепы/ А.В. Ледницкий, // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. -2013. -№ 1 (93). -С. 94-98.

53. Лесной план Тюменской области на 2012 - 2019 гг.//Департамент лесного комплекса Тюменской области, Тюмень, 2019. - 540 с.

54. Лесной план Ханты-Мансийского автономного округа - Югры на 2019 - 2028 годы// Департаментом недропользования и природных ресурсов Ханты-Мансийского автономного округа - Югры, 2019. 247 с.

55. Лой В.Н.Влияние различных характеристик древесного сырья на энергонасыщенность рубильной машины/ В.Н.Лой, А.О. Германович// Лесная и деревообрабатывающая промышленность. Лесопромышленный комплекс. Транспортно-технологические вопросы. Труды БГТУ, 2012, № 2.-С. 21-24

56. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел/ Н.М. Михин. - М.: «Наука», 1977. - 211 с.

57. Моделирование сельскохозяйственных агрегатов и их систем управления: учеб.для вузов/ под ред. А. Б. Лурье. - Л.: Колос. Ленингр. отд-ние, 1979. - 312 с.

58.Невзорова Л.Г.Теоретическое исследование движения щепы в трубопроводе при боковом ее удалении из дисковой рубительной машины/Л.Г.Невзорова, Э.М. Лаутнер// Лесной журнал, 1985,№2. -С.54-59.

59. Никишов В.Д. О качестве технологической щепы или оценка технологической щепы, или к вопросу оценки качества щепы по стандарту/

B.Д. Никишов, М.В. Гомонай // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2001. - № 5. - С. 130-133.

60. Отраслевые методические указания и нормативно-справочные материалы для определения экономической эффективности новой техники в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении/ под ред. В. Г. Полянского. - М., 1976. - Ч. 1. - 280 с.

61. Орлов, А.И. Прикладная статистика / А.И. Орлов . - М.: Экзамен, 2006. - 671 с.

62. Отраслевые методические указания по определению экономической эффективности использования в лесном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений / ЦБНТИлесхоз. - М., 1978. - 78 с.

63. ПасаманБ.Ф. Рацюнальншараметридисковихробочихоргашврубальних машин /Б.Ф.Пасаман, Ю.Л. Гунько // Сшьськогосподарсьюмашини. - 2013. - № 25. -

C. 101-105. (http://elibrary.ru/item.asp?id=21245321)

64. Пат.на полезную модель 195168 , МПКB27L 11/00Устройство для измельчения порубочных остатков/ Фокин С. В, Фомина О.А. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - № 2019121482 ; заявл. 09.07.2019; опубл. 16.01.2020

65. Полежаев К.В. Повышение эффективности производства щепы энергетического назначения мобильными машинами для территориально распределенных потребителей // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.21.01/К.В. Полежаев.-Петрозаводский государственный университет. Петрозаводск.- 2009. - 165 с.

66. Питеев В.Г. Совершенствование машин манипуляторного типа для сортиментной заготовки древесины: Дис. в виде научного доклада на соиск. ученой степени канд. техн. наук / В.Г. Питеев. - Воронеж.гос. лесотехн. акад. - Воронеж, 1995.- 23 с.

67. Привалов И.И. Аналитическая геометрия/ И.И. Привалов // СПб.: Издательство «Лань».- 2008. - 304 с.

68. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ/ Под ред. Е.Ю. Малиновского. - М.: Машиностроение, 1980. - 216 с.

69. Рубцов, Ю.В. Технология переработки низкокачественной древесины на щепу рубительными машинами в США и России / Ю.В. Рубцов, Г.В. Коннова, С.В. Рудько // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. - 2011. - Т. 1. - № 8. -С. 108-114.

70. Рукомойников К.П. Развитие инфраструктуры поквартального освоения участков лесного фонда / К.П. Рукомойников // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал.- 2008.- № 2. - С. 7.

71. Румшиский, Л. З. Математическая обработка результатов эксперимента : справочное руководство/ Л. З. Румшиский - М. : Наука, 1971. - 192 с.

72. Саввин Е.В. О проблемах измельчения порубочных остатков на лесосеке / Е. В. Саввин, С. В. Фокин // Лесотехнический журнал. - 2011. - № 2. - С. 30-31.

73.Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2020660063. Программа для моделирования механизма выброса щепы из дисковой рубительной машины / С.В. Фокин, О.А. Фомина: заявители и правообладатели: С.В. Фокин, О.А. Фомина.- № 2020615028; заявл. 20.05.2020; зарег.: 27.08.2020.

74. Силаев А.Б. Грузоподъемные и транспортные устройства в деревообрабатывающей промышленности / А.Б. Силаев // М., Издательство «Лесная промышленность».- 1978. - С. 188-191.

75. Санников А.А. Надежность машин. Трибология и триботехника в оборудовании лесного комплекса: Учебное пособие /А.А. Санников, Н.В. Куцубина, А.М. Витвинин.- Екатеринбург: Урал.гос. лесотехн. ун-т, 2006.145 с.

76. Синеоков Г. Н. Теория и расчет почвообрабатывающих машин / Г. Н. Синеоков, И. М. Панов - М. : Машиностроение, 1977. - 328 с.

77. Симонова И.В. Теоретическое исследование процесса взаимодействия древесного сырья с рабочим органом дисковой рубительной машины/ И.В. Симонова, С.Б. Васильев // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. -2009. - № 99.- С. 102-106.

78. Системы машин для производства топливной щепы из древесной биомассы по технологии заготовки деревьями/ Суханов Ю.В., Селиверстов А.А., Сюнев В.С., Герасимов Ю.Ю. // Тракторы и сельхозмашины. - 2012. -№ 1.- С. 7-13.

79. СоветовБ.Я.Моделирование систем: учебное пособие/ Б. Я.Советов, С. А.Яковлев - М.: Высш. шк., 1998. - 319 с.

80. Соколов С.Н. Оценка лесных ресурсов Ханты-Мансийского автономного округа - Югры/ С.Н. Соколов // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2018. - Т. 27, № 3. - С. 25-31.

81. Тарко Л.М. Переходные процессы в гидравлических механизмах / Л.М. Тарко- М.:Машиностроение,1973.-168 с.

82. Тихонов И.И. Заготовка и переработка низкотоварной древесины на щепу в условиях лесосеки / И.И. Тихонов, И.В. Григорьев, А.И.Никифорова // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - 2014. - Т. 2. № 5-4. - С. 337-341.

83.Турлов А.Г. Лесоводственно-экологические особенности березовых лесов лесостепного Зауралья и обоснование способов их обновления и переформирования : автореферат дис. кандидата сельскохозяйственных наук: 06.03.03 /А.Г. Турлов //Ур. гос. лесотехн. ун-т. - Екатеринбург, 2005. - 22 с.

84. Фетяев А.Н. Об использовании отходов лесосечных работ / А.Н. Фетяев // Проблемы природоохранной организации ландшафтов: материалы межд. науч.-практ. конф., / Ред. кол.: Н. А. Иванова (отв.ред.) и др.; НИМИ ДГАУ. - Новочеркасск: Лик, 2015. - С.255- 260.

85. Фокин, С.В. Совершенствование технологического оборудования для заготовки энергетической древесины при расчистке вырубок :

автореферат дис....д-ра техн. наук: 05.21. 01: защищена 13.05.2013/ С.В. Фокин [науч. консультант В.В. Цыплаков; оппоненты:И.М. Бартенев, И.В. Григорьев, Н.Н. Черемных]; Саратовский гос. аграрный ун-т им. Н.И. Вавилова. - Екатеринбург.- 2013.- 38 с.

86. ФокинС.В. Об иммитационной модели процесса измельчения порубочных остатков / А.Н. Фетяев, С.В. Фокин // Научно-технический вестник Поволжья, В.2/ издательство «Научно-технический вестник Поволжья»-Казань, 2012.- С. 291-295.

87. Фомина О.А. О применении метода конечных элементов при проектировании рабочих элементов рубительных машин / С.В.Фокин, О.А.Фомина // Научная жизнь , 2017, № 12.- С.66-68.

88. Фомина О.А. Ускоренное выращивание древесных пород в Тюменской области / О.А. Фомина, Д.В.Колодезных // в сборнике материаловмеждународной студенческой научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки и хозяйства: новые вызовы и решения», Тюмень, 2017.- С. 206-208.

89. Фомина О.А.Проблемы и возможности развития деревообрабатывающей промышленности юга Тюменской области / О.А. Фомина, Т.Р. Саитмуродов // в сборнике материаловмеждународной студенческой научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки и хозяйства: новые вызовы и решения», Тюмень,2017.- С.186-188.

90. Фомина О.А. Способы модифицирования древесины лиственных пород: отечественный и зарубежный опыт /О.А. Фомина // Дневник науки, 2017, № 9 (9).- С. 4.

91. Фомина О.А.Способы транспортирования щепы из рубительных машинс/ С.В.Фокин, О.А.Фомина // Научная жизнь,2018, №2.- С. 10-15.

92. Фомина О.А. Об основных видах энергетической древесины /С.В.Фокин, О.А.Фомина // «Forest engineering»: в сборникематериалов научно-практической конференции с международным участием, Якутск,2018.- С. 273-277.

93. Фомина О.А. Перспективы развития переработки низкокачественной древесины и отходов лесозаготовок на вырубках лесостепной зоны Западной Сибири /С.В.Фокин, О.А.Фомина // в сборнике материалов XVII международной научно-практической конференции «Современные тенденции сельскохозяйственного производства в мировой экономике», Кемерово, 2018 .-С. 281-286.

94. Фомина О.А. Современное состояние лесного и лесоперерабатывающего комплекса Западной Сибири Современные научно-практические решения в АПК/ С.В.Фокин, О.А.Фомина //в сборнике материалов II всероссийской (национальной) научно-практической конференции, Тюмень, 2018. -С. 149-152 .

95. Фомина О.А. Об использовании математических методов моделирования рубительных машин /С.В.Фокин, О.А.Фомина // в сборнике материалов 17-ой Международной молодежной научно-практической конференции «Фундаментальные исследования, методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике», Новочеркасск, 2018.-С. 158-159.

96. Фомина О.А. Техника и технологии лесозаготовок России: исторические факты / С.М.Мешалкин, О.А. Фомина //в сборнике материаловмеждународной студенческой научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки и хозяйства: новые вызовы и решения», Тюмень, 2019, -с.584-589.

97. Фомина О.А. Структура собственности на лесной фонд между странами: Россия, Швеция, Финляндия / М.К.Вахрушева, О.А. Фомина //в сборнике материаловмеждународной студенческой научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки и хозяйства: новые вызовы и решения», Тюмень,2019,- С. 590-595.

98. Фомина О.А. Лиственные породы юга Тюменской области: основные пороки, хозяйственная деятельность и способы повышения выхода из них деловой древесины /Д.А.Кашин, О.А.Фомина // в сборнике

материаловмеждународной студенческой научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки и хозяйства: новые вызовы и решения», Тюмень, 2019,- С.596-601.

99. Фомина О.А. О постановке задач теоретического исследования рабочего процесса выброса щепы из дисковой рубительной машины /С.В.Фокин, О.А.Фомина //Центральный научный вестник, №11 (76), 2019. -С.18 .

100. Фомина О.А. Анализ исследований вентиляционной способности и процесса механического выбрасывания щепы из кожуха дисковой рубительной машины / С.В.Фокин, О.А.Фомина // в сборнике материалов трудов II Международной научно-практической студенческой конференции-конкурса «Современные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса» ,2019.-С.94-97.

101. Фомина О.А. О конструктивных усовершенствованиях механизма выброса щепыиз дисковых рубительных машин /С.В.Фокин, О.А.Фомина //в сборнике материалов трудов Всероссийской научно-практической конференции «Сквозные технологии промышленных производстви экономическая безопасность», Петрозаводск, 2019. - С.42-43.

102. Фомина О.А. О важности развития биоэнергетики в связи с необходимостью применения для производственных и коммунальных целей возобновляемых природных ресурсов /С.В.Фокин, О.А.Фомина // Мир Инноваций, Тюмень, № 4, 2019. -С. 23-27

103. Фомина О. А. О проведении культур технических работ по обустройству деградированных земель, выбывшихиз сельхоз оборота / С.В.Фокин, О.А.Фомина //в сборнике материалов III Международной научно-практической конференции «Научные основы повышения эффективности сельскохозяйственного производства», Харьков, 2019. -С.250-252.

104. Фомина О.А. К вопросу производства энергетической древесины дисковыми рубительными машинами с различными способами

выброса щепы /С.В.Фокин, О.А.Фомина // «Лесной вестник / Forestry Bulletm»,2020 , т. 24, № 2.-С.68-73.

105. Фомина О.А. О конструктивных особенностях дисковой рубительной машины для измельчения порубочных остатков / С.В.Фокин, О.А.Фомина //в сборнике материалов VII Международной научно-практической конференции «Инновации в природообустройстве и защите в чрезвычайных ситуациях», Саратов, 2020.-С. 390-392.

106. Фомина О.А. Оценка мелиоративного состояния лесов Тюменской области и его влияние на заготовку древесины /О.А.Фомина, А.А.Черепанов // в сборнике материаловстуденческой научно-практической конференции«Актуальные вопросы науки и хозяйства: новые вызовы и решения»,Тюмень, 2020.- С. 423-427 .

107. Фомина О.А. потребности создания, ремонта и содержания объектов лесной транспортной инфраструктуры в Западно-Сибирском таежном лесном районе Тюменской области /О.А.Фомина //в сборнике материалов национальной научно-практической конференции«Перспективные разработкии прорывные технологии в АПК», Тюмень, 2020.- С. 54-56.

108.Фомина О.А.Анализ теплотворной способности различных видов топлива и способы ее повышения /О.А.Фомина // в сборнике материалов студенческой научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки и хозяйства: новые вызовы и решения», Тюмень, 2020.- С. 169-179.

109.Фомина О.А.К обоснованию конструктивно- технологических параметров механизма выброса щепы из дисковой рубительной машины /С.В.Фокин, О.А.Фомина // «Лесной вестник / Forestry Bulletin»,2021, т. 25, № 2.- С.99-107.

110.Харлов И.Ю. Содействие естественному возобновлению сосны в лесостепных борах Тюменской области: автореферат дис. Кандидата сельскохозяйственных наук: 06.03.03/ И.Ю. Харлов // Ур. гос. лесотехн. ун-т. - Екатеринбург, 2006. - 21 с.

111. Хеерман, Д.В. Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике /Д.В. Хеерман- М.: Наука, 1990. - 176 с.

112. Шегельман И.Р. Функционально-технологический анализ: метод формирования инновационных решений для лесной промышленности // И.Р. Шегельман- Петрозаводск.- 2012. - 97 с.

113.Baker S.A.Fuels characteristics of woods-run whole tree southern pine chips / S.A. Baker, W.D.Greene, A.Wilson // Biomass and Bioenergy 37, 2012.-рр. 67-72.

114.Baroth R. Literature review of the latest development of wood debarking./ R Baroth- University of Oulu, Control Engineering Laboratory, 2005. - 29 p.

115.Cundall P.A.A discrete numerical model for granular assemblies/ P.A.Cundall, O.D.L.Strack // Geotechnique. 1979. Vol. 29(1). -рр. 47 - 65.

116. Dahl O. Effect of raw wood supply system on the wood paying capability of a kraft pulp mill using Scots pine/ O.Dahl,P. Jylha, J.Laitila, K.Karha //Finbio, Julkaisu. 2005. 44.- рр 371-379.

117.Engelgau W.G. What is new and old in chipping? / W.G. Engelgau // TAPPI, 61 (8) (1978), pp. 77-80

118. Esteban B.Environmental assessment of small-scale production of wood chips as a fuel for residential heating boilers /B.Esteban, J. R.Riba, G.Baquero, R.Puig, A .Rius // Renewable Energy. - 2014. Т. 62,- pp. 106-115.

119.Eisele E. L. UmweltfreimdlicheForstmaschinen/ / E. L. Eisele // Allqemeine Forestzeitschrift. - 1994. - №. 4. - рр. 59-62.

120.Fomina O. On technical means of obtaining wood chips, as a way to increase soil fertility / S. Fokin , D. Eskov, P. Medvedeva, O. Shportko, O. Fomina // 2021 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 723 042025

121. Hakkla P. Utnyttjandeavhyggesafall med forendenordiskaaustrangningar /P.Hakkla// SvenskPfpperstidning. 1972, № 2, 31/1. - рр. 49-55.

122.Hammond H. Ecosystem-based planning : principles & process / H. Hammond // The Silva Forest Foundation. - 2002. - January.- рр. 14-16

123.Hafner J. Atomic-Scale Computation Materials Science / J.Hafner // Acta Mater. - 2000. - Vol. 48. - рр. 71-92.

124.Hartler N. Chipper operation for improved chip guality. /N. Hartler, U.Cmage-SvenskPaperstidning, 1977, vol. 80, №. 14. -рр. 17-19.

125.Hartler N.Achievement and significance of optimal chip quality / N. Hartler// TAPPI, J, 79 (2) (1986).-pp. 259-264.

126. Hernandez R. Effect of the rotation speed on the size distribution of black spruce pulp chips produced by chipper-canter / R. Hernandez, B. Jacques // For Prod , J, 47 (4) (1997).-pp. 43-49

127.Hellstrom L.M. On the wood chipping process - a study on basic mechanisms in order to optimize chip properties for pulping // Thesis for the degree of Doctor of Technology, Sundsvall.- рр.21 -23

128. Isokangas A. Analysis and management of wood room / A.Isokangas // University of Oulu, Oulu 2010. - 115 pp. http://jultika.oulu.fi/Record/isbn978-951-42-6261-6 (датаобращения 15.12.2014)

129.Kahata M. Logging in Finland Conditions and Methods/M. Kahata //Forest machine news. - 1995. - 10 p.

130.Kawka,W.HoBbffl метод расчета сопротивляемости при измельчении и древесины в дисковой рубительной машине/W. Kawka, Z.Kikiewicz // Zellstoffund Papier, 1973, № 1. - С. 15-21 (переводФ-421, г. Петрозаводск, НИИЦмаш).

131. Karha K.Integrated procurement of pulpwood and energy wood from early thinnings using whole-tree bundling / K.Karha, P.Jylha, J.Laitila // Biomass and Bioenergy. - 2011. - Т. 35. - №. 8. - рр. 3389-3396.

132. Keays J.L. History of wood chipping; Chip Quality Monograph, Hatton J.V. (Editor)]/ - Pulp and Paper Technology Series No 5 (TAPPI), 1979.-рр.45-47

133. Lusth H.A theoretical model for the prediction of energy consumption during the chipper canter process /H.Lusth, P.Gradin, L.Hellstrom //- Nordic Pulp & Paper Research Journal, 28(2)-рр.211-215.

134. Premoze S. Particle Based Simulation of Fluids/ S.Premoze, T.Tasdizen, J.Bigler et al. // Eurographics, 2003. - Vol. 22. - N 3. - pp. 103-113.

135. Reczulski M. Analysis of the construction and operation of system wood chipping and transfer chips / M. Reczulski // Wood Research 60(4) 2015. -pp. 671-678.

136 .Reczulski M. The system wood chipping in disc chipper / M. Reczulski // Problems of uniformity of chips length Wood Research 61(3), 2016. -pp. 433-442.

Картограммы оптимизации параметров механизма выброса щепы в математической программе Mathcad 14

г5 10(P &.S

з 250 2.4

5 400 1.7

10 100 1.7

10 250 F : = 2.3

10 400 16

15 100 15

15 250 2.0

J5 400_. a.2

15irr55sl.X:F:2.}

Zg = -4xHf3 z7= 0.057

24. = -2. SS9xlü"= zf = 0.013 z3 =10"" z6 = 0.467

f [x ,y) := zg ■ тГ + Z4 ■ gr + Z3 ■ s ■ у + zy ■ к + z^ ■ v + zg

i := 0.. 1С j := 0.. 10

А

А

Матрица проведения эксперимента

План проведения эксперимента

Исходные данные для исследования влияния закономерностей числа оборотов диска, скорости выброса щепы и количества отверстий в кожухе на эффективность механизма транспортирования щепы из дисковой рубительной машины

Число оборотов диска пд , :/с Количество отверстий в кожухе т, шт. Скорость выброса щепы ив, м/с

15,0 150,0 2,3

15,0 150,0 2,3

15,0 150,0 2,3

20,0 150,0 2,3

20,0 150,0 2,3

20,0 150,0 2,3

15,0 200,0 2,3

15,0 200,0 2,3

15,0 200,0 2,3

20,0 200,0 2,3

20,0 200,0 2,3

20,0 200,0 2,3

15,0 150,0 2,4

15,0 150,0 2,4

15,0 150,0 2,4

20,0 150,0 2,4

20,0 150,0 2,4

20,0 150,0 2,4

15,0 200,0 2,4

15,0 200,0 2,4

15,0 200,0 2,4

20,0 200,0 2,4

20,0 200,0 2,4

20,0 200,0 2,4

13,3 175,0 2,35

13,3 175,0 2,35

13,3 175,0 2,35

21,7 175,0 2,35

21,7 175,0 2,35

21,7 175,0 2,35

17,5 133,0 2,35

17,5 133,0 2,35

17,5 133,0 2,35

17,5 217,0 2,35

17,5 217,0 2,35

17,5 217,0 2,35

17,5 175,0 2,26

17,5 175,0 2,26

17,5 175,0 2,26

17,5 175,0 2,43

17,5 175,0 2,43

17,5 175,0 2,43

17,5 175,0 2,35

17,5 175,0 2,35

17,5 175,0 2,35

17,5 175,0 2,35

17,5 175,0 2,35

17,5 175,0 2,35

Результаты исследования закономерностей числа оборотов диска, скорости выброса щепы и количества отверстий в кожухе на эффективность механизма транспортирования щепы из кожуха машины

Частота вращения рубительного диска пд , 7с Количество отверстий в кожухе т, шт. Скорость выброса щепы ив, м/с Производительность Р, кг/мин

15,0 150,0 2,3 71,6

15,0 150,0 2,3 70,4

15,0 150,0 2,3 68,3

20,0 150,0 2,3 74,7

20,0 150,0 2,3 76,8

20,0 150,0 2,3 75,1

15,0 200,0 2,3 71,6

15,0 200,0 2,3 70,4

15,0 200,0 2,3 69,3

20,0 200,0 2,3 79,2

20,0 200,0 2,3 80,9

20,0 200,0 2,3 81,5

15,0 150,0 2,4 71,6

15,0 150,0 2,4 72,4

15,0 150,0 2,4 70,3

20,0 150,0 2,4 75,7

20,0 150,0 2,4 76,8

20,0 150,0 2,4 77,1

15,0 200,0 2,4 72,6

15,0 200,0 2,4 71,4

15,0 200,0 2,4 70,3

20,0 200,0 2,4 80,2

20,0 200,0 2,4 81,9

20,0 200,0 2,4 82,5

13,3 175,0 2,35 68,2

13,3 175,0 2,35 66,8

13,3 175,0 2,35 67,6

21,7 175,0 2,35 85,7

21,7 175,0 2,35 86,8

21,7 175,0 2,35 87,1

17,5 133,0 2,35 72,6

17,5 133,0 2,35 71,4

17,5 133,0 2,35 70,3

17,5 217,0 2,35 74,3

17,5 217,0 2,35 72,5

17,5 217,0 2,35 71,4

17,5 175,0 2,26 73,6

17,5 175,0 2,26 72,4

17,5 175,0 2,26 71,3

17,5 175,0 2,43 73,3

17,5 175,0 2,43 74,9

17,5 175,0 2,43 75,7

17,5 175,0 2,35 72,6

17,5 175,0 2,35 71,4

17,5 175,0 2,35 70,1

17,5 175,0 2,35 70,9

17,5 175,0 2,35 72,1

17,5 175,0 2,35 69,2

Таблица З.1 - Результаты исследования влияния закономерности частоты вращения рубительного диска (п,1/с) и количества отверстий в кожухе (т, шт) на производительность дисковой рубительной машины (Р,

кг/мин)

egression Summary for Dependent Variable: proisv. (Spreadsheetl.sta) R= ,87404014 R2= ,76394618 Adjusted R2= ,75345489 F(2,45)=72,817 p<,00000 Std.Error of estimate: 2,4825

BETA St. Err. of BETA B St. Err. of B t(45) p-level

Intercept 35,49458 3,857787 9,20076 0,000000

Число оборотов диска n, 1/с 0,857102 0,072427 1,83669 0,155204 11,83404 0,000000

Число отверстий в кожухе m, шт. 0,171238 0,072427 0,03669 0,015520 2,36429 0,022440

Таблица З.2 - Оценка коэффициентов регрессионной модели из табл.3.1

Analysis of Variance; DV: proisv. (Spreadsheet!.sta)

Sums of Squares df Mean Squares F p-level

Regress. 897,512 2 448,7560 72,81725 0,000000

Residual 277,325 45 6,1628

Total 1174,837

Р = 35,49 +1,83 n+0,036m

(13,0 <n, 1/с< 23,0;130,0 <m, шт.<220,0)

Рисунок З.1

- Закономерность воздействия числа оборотов диска (и, 7с) и числа отверстий в кожухе (т, шт) на производительность дисковой рубительной машины (Р, кг/мин)

Таблица И.1 - Результаты исследования влияния закономерности числа оборотов диска (п,1/с) и скорости движения конечного продукта из кожуха машины (и, м/с) на производительность дисковой рубительной машины (Р, кг/мин)

Regression Summary for Dependent Variable: P_KT_MHH (new.sta)

R= ,86429299 RI= ,74700237 Adjusted RI= ,73575803 F(2,45)=66,434 p<,00000 Std.Error of estimate: 2,5700

BETA St. Err. of BETA B St. Err. of B t(45) p-level

Intercpt 14,06479 18,98299 0,740916 0,462593

Число оборотов диска п, 1/с 0,857102 0,074981 1,836695 0,160678 11,4309 6,7E-15

^орость движения конечного продукта, м/с 0,111259 0,074981 11,8548 7,989321 1,483831 0,144825

Таблица И.2 - Оценка коэффициентов регрессионной модели из табл.И. 1

Analysis of Variance; DV: Р_КГ_МИН (new.sta)

Sums of Squares df Mean Squares F p-level

Regress. 877,6058 2 438,8029 66,43364 3,72E-14

Residual 297,2309 45 6,605131

Total 1174,837

Р = 14,06 +1,83 n+11,85u

(13,0 <n,Vc< 23,0; 2,26 <и, м/с<2,46)

Рисунок И.1 - Закономерность влияния числа оборотов диска (п,1/с) и скорости движения конечного продукта из кожуха машины (и, м/с) на производительность дисковой рубительной машины (Р, кг/мин)

Таблица К.1 - Итоги исследования геометрических размеров

конечного продукта, полученного при рубке древесного сырья

Число оборотов диска пд , 7с Число отверстий Геометрические размеры конечного продукта, %

в кожухе т, шт. менее 5, мм 5, мм 10, мм 20, мм 30, мм 50, мм

1 7 20 64 8 3

15,0 150,0 2 3 19 63 9 2

1 5 23 60 10 2

5 4 60 26 2 1

20,0 150,0 6 7 61 25 2 2

7 8 63 27 1 1

1 6 21 56 10 2

15,0 200,0 2 4 18 57 11 1

3 5 18 56 9 1

4 8 64 21 3 1

20,0 200,0 3 9 63 19 2 2

5 11 68 22 3 1

2 7 24 53 10 2

13,3 175,0 3 8 26 56 9 4

2 5 25 55 11 3

6 8 66 20 3 1

21,7 175,0 8 8 65 21 3 1

9 7 64 19 2 2

3 4 40 46 6 2

17,5 133,0 2 3 42 45 6 1

3 6 41 44 5 3

2 6 54 39 1 2

17,5 217,0 1 7 56 37 3 3

1 6 55 34 4 1

1 4 60 31 2 1

17,5 175,0 2 7 59 28 4 2

2 8 58 33 2 1

Таблица Л.1 - Статистическая обработка итогов исследования геометрических размеров конечного продукта, полученного при рубке древесного сырья

Descriptive Statistics (new l.sta)

Valid N Mean Confid. -95,0% Confid. +95,0% Median Sum Min. Max. Variance Std.Dev. Standard Error

0,мм 15 3,93 2,44 5,42 3 59 1 9 7,20 2,68 0,69

5,мм 15 6 4,97 7,02 7 90 3 8 3,42 1,85 0,47

10,мм 15 42,73 32,20 53,26 41 641 19 68 361,35 19,00 4,90

20,мм 15 41,8 32,54 51,05 45 627 19 64 279,02 16,70 4,31

30,мм 15 5,8 3,867 7,73 6 87 1 11 12,17 3,48 0,90

50,мм 15 2,06 1,53 2,59 2 31 1 4 0,92 0,96 0,24

Box & Whisker Plot

60 50 40 30 20 10 0 -10

0,мм

5,мм

10,мм 20,мм 30,мм 50,мм

Min-Max I I 25%-75% □ Median value

Рисунок Л.1 - Диаграмма размаха геометрических размеров конечного продукта, полученной при измельчении древесного сырья опытной моделью рубительной машины

Таблица М.1 - Итоги влияния числа оборотов диска на геометрические размеры конечного продукта, полученной при измельчении древесного сырья опытной моделью рубительной машины

Regression Summary for Dependent Variable: ЧАСТОТА

R= ,96314829 RI= ,92765462 Adjusted RI= ,90792406 F(3,11)=47,016 p<,00000 Std.Error of estimate: ,97094

BETA St. Err. of BETA B St. Err. of B t(11) p-level

Intercpt 11,39822 1,091379 10,44388 4,78E-07

0,мм 0,057717 0,210308 0,068782 0,250624 0,274441 0,788831

5,мм -0,08474 0,087077 -0,14644 0,150475 -0,97319 0,351372

10,мм 0,932812 0,206194 0,157018 0,034708 4,523955 0,000866

Таблица М.2 - Оценка коэффициентов регрессионной модели из табл. М.1

Analysis of Variance; DV: ЧАСТОТА (new 1.sta

Sums of Squares df Mean Squares F p-level

Regress. 132,97 3 44,32334 47,01614 1,46E-06

Residual 10,36999 11 0,942726

Total 143,34

n=11,39+0,06(0,мм)-0,14(5,мм)+0,15(10,мм)

13,091 14,182 15,273 16,364 17,455 18,545 19,636 20,727 21,818 22,909 above

Рисунок М.1 - Закономерность образования фракций щепы (мена 5,5,10 мм) от количества оборотов диска (и,7с)

РЕКОМЕНДОВАНО: Заведующий кафедрой «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство»

УТВЕРЖДАЮ: И.о. проректора по vaefigoü работе

доцент

Есков Д.В.

.А.

АКТ

О внедрении в учебный процесс на кафедре «Лесное хозяйство и лесомелиорация» ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ разработок по проблемам «Усовершенствования и разработке новых региональных технологий для производства посадочного материала» по разделу «Разработка региональных ресурсосберегающих способов и технологий производства лесных культур на вырубках», предусмотренный межвузовским планом НИОКР по теме ПНР-2 «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК» и согласно развернутому плану диссертации.

1. Научный руководитель: д.т.н., профессор Фокин C.B..

2. Ответственный исполнитель: соискатель Фомина O.A.

3. Наименование разделов темы, выполненной соискателем: Разработка машин и технологий для повышения продуктивности лесов, создания лесных культур, агролесомелиоративных и зеленых насаждений. Подраздел 1 : «Технологии и машины лесного хозяйства в Поволжье» на период 2006-2020 г.г,

4. Разработано новое техническое решение выброса щепы из дисковой рубительной машины и получена математическая модель рабочего процесса выброса щепы из дисковой рубительной машины. Установлены аналитические зависимости определения основных конструктивных параметров и режимов работы новой конструкции механизма выброса щепы, а так же выявлены математические зависимости технических характеристик процесса эвакуации щепы от конструктивно-технологических параметров новой конструкции механизма выброса. Программа для моделирования механизма выброса щепы из дисковой рубительной машины установлена на ЭВМ кафедры «Лесное хозяйство и лесомелиорация» и доступна для пользователя.

4. Внедрение по курсу дисциплин: «Машины и механизмы в лесном и охотничьем хозяйстве», «Технология и оборудование рубок лесных насаждений», «Машины, технологическое оборудование и материалы в лесном и охотничьем хозяйстве».

5. Влияние на качество подготовки специалистов: результаты исследований используются в курсовом проектировании, при написании бакалаврских выпускных квалификационных работ и магистерских диссертаций.

6. Эффект от внедрения: результаты исследований опубликованы в трудах международных и всероссийских научных конференции и центральной печати.

Научный руководитель, д.т.н, профессор

Фокин C.B.

соискатель

Ответственный исполнитель

Фомина O.A.