Повышение эффективности использования отходов окорки путем вибрационного уплотнения транспортного пакета тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат наук Швецова, Виктория Викторовна

• Швецова, Виктория Викторовна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Швецова, Виктория Викторовна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Способы использования древесной коры в промышленности

1.2. Математическое описание процесса уплотнения древесной коры

1.3. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Общая часть

2.2. Определение зависимости модуля деформации древесной коры от степени уплотнения при действии статической нагрузки

2.3. Определение влияния коэффициента вязкости древесной коры на степень уплотнения при действии динамической нагрузки

2.4. Математическая модель уплотнения древесной коры под действием вибрационной нагрузки

2.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Общие положения

3.2. Основное оборудование и приборы

3.3. Методика планирования и проведения экспериментальных исследований по определению влияния плотности древесной коры на коэффициент ее вязкого сопротивления

3.4. Методика обработки результатов экспериментальных исследований по определению влияния плотности древесной коры на коэффициент ее вязкого сопротивления

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Результаты экспериментальных исследований по определению влияния

плотности древесной коры на коэффициент ее вязкого сопротивления

4.2. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

5.1. Производительность участка по переработке коры

5.2. Участок по производству матов

5.3. Линия по производству брикетов

5.4.1. Участок прессования

5.4.2. Дозаторы

5.4.3. Измельчение сырья

5.4.4. Оценка экономической эффективности организации утилизации древесной коры

ОБШИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ К РАБОТЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности использования отходов окорки путем вибрационного уплотнения транспортного пакета»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. При современном состоянии окорки древесины в лесной, целлюлозно-бумажной промышленности Российской Федерации ресурсы коры, пригодной для использования, составляют свыше 6 млн. м3 [1], [2], [3]. Известны различные способы использования коры - энергетическое использование [4], [5], т.е. сжигание коры для получения тепловой или электрической энергии, механическая переработка коры на строительные и изоляционные плиты [6], [7], химическая переработка коры для получения экстрактов и химикатов [8], [9], биологическая переработку коры для приготовления мульчи [10], [11] и др. [12]. Перспективным способом использования древесной коры является получение из нее сорбентов нефтепродуктов [13]. Древесная кора обладает характерными для сорбентов морфологическими особенностями: наличие пор, полостей между структурными элементами, открытых пор-каналов, пронизывающих весь ее объем, пор-ячеек. В зарубежной литературе имеются патенты о применении коры для удаления углеводородов с поверхностей [14]. Использование этого типа сырья обусловлено достаточно высокой поглощающей способностью получаемых сорбентов, их низкой стоимостью, возможностью дальнейшей утилизации.

Задача утилизации отходов окорки по-прежнему остается актуальной [2], [15]. Одной из причин этого является тот факт, что использование коры за пределами лесоперерабатывающего предприятия, даже на сравнительно небольшом расстоянии, всегда сопряжено с трудностями в перевозке такого рыхлого материала. Грузоподъемность транспорта в этом случае используется неэффективно [4]. С целью облегчения транспортировки коры ее следует уплотнять [4]. Опыт различных областей промышленности показывает, что эффективным способом уплотнения сыпучих материа-

лов, к которым относится и древесная кора, является применение воздействий динамического, в частности, вибрационного, характера [16]. При действии динамических нагрузок снижается эффективный коэффициент трения как между самими частицами материала, так и между частицами материала и окружающими поверхностями [16]. Это значительно уменьшает потребные усилия прессования и ведет к уменьшению габаритов и сложности изготовления прессового оборудования, что снижает его стоимость [17].

Процесс уплотнения древесной коры при вибрационном воздействии в научной литературе практически не освещен [17], что делает невозможным подобрать параметры работы и разработать рациональные конструкции установок для уплотнения древесной коры. Таким образом, исследование процесса уплотнения древесной коры и разработка технологии ее уплотнения за счет нагрузки вибрационного характера, является актуальной задачей.

Степень разработанности темы исследования. Известны математические модели процесса уплотнения древесной коры под действием ударной нагрузки и статической нагрузки. Модели вибрационного уплотнения коры практически не рассмотрены. В научной литературе недостаточно сведений, касающихся численных значений коэффициента вязкого сопротивления коры уплотнению.

Цель работы. Совершенствование технологии уплотнения древесной коры путем действия вибрационной нагрузки.

Сформулированы следующие задачи исследования, которые необходимо решить для достижения поставленной цели:

1. Провести теоретические исследования процесса уплотнения древесной коры под действием вибрационной нагрузки.

2. Провести теоретические исследования с целью установить корректность использования линеаризованных зависимостей при описании вибрационного уплотнения коры.

3. Провести теоретические исследования по определению вязкого сопротивления древесной коры при уплотнении при действии вибрационной нагрузки.

4. Построить математическую модель процесса уплотнения древесной коры под действием вибрационной нагрузки.

5. Разработать опытную установку для определения влияния вязкого сопротивления коры на ее плотность после воздействия динамической нагрузки.

6. Провести экспериментальные исследования по определению влияния плотности древесной коры на коэффициент ее вязкого сопротивления уплотнению.

7. Дать рекомендации по организации опытно-промышленного участка по переработке древесной коры.

Научная новизна. Разработана математическая модель процесса уплотнения объема древесной коры под действием вибрационной нагрузки, учитывающая реологические характеристики уплотняемого материала, раскрывающая их влияние на процесс уплотнения материала и позволяющая оптимизировать режимы работы прессового оборудования с учетом требований, предъявляемых к конечной продукции.

Значимость для теории и практики. Построенная математическая модель процесса уплотнения древесной коры развивает теорию уплотнения измельченных древесных материалов. Результаты работы позволяют расширить объем перерабатываемой в промышленности древесной коры, обосновать рациональные параметры технологического процесса уплотнения, дают возможность совершенствовать конструкторские решения при проектировании прессового оборудования. Разработанная опытная установка позволяет расширить спектр проводимых исследований, касающихся уплотнения древесной коры, с достаточной точностью получать данные, характеризующие процесс уплотнения древесной коры под действием нагрузки динамического характера.

Результаты работы могут быть рекомендованы к использованию производственными, проектными, научно-исследовательскими и учебными организациями лесной отрасли.

Методика и методы исследования. Базой для исследования послужили научные работы признанных ученых в области лесопереработки и комплексного использования древесных ресурсов. При проведении исследований использованы методы прикладной математики, теории эксперимента и обработки экспериментальных данных. На защиту выносятся следующие положения:

1. Математическая модель процесса уплотнения объема древесной коры под действием гармонической вибрационной нагрузки, позволяющая определить рациональные параметры технологической операции вибрационного прессования коры при регулировании конечной плотности получаемого материала.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, устанавливающие влияние вязкого сопротивления древесной коры уплотнению, расширяющие представления о процессе уплотнения древесной коры при действии нагрузок динамического характера.

Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена: применением методов математической статистики; проведением экспериментальных исследований в лабораторных условиях и подтвержденной адекватностью полученных моделей за счет удовлетворительной сходимости экспериментальных и теоретических данных.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях: «Пути и опыт модернизации оборудования лесопромышленного комплекса», СПб, 2010, «Совершенствование и повышение надежности оборудования предприятий целлюлозно-бумажной и лесоперерабатывающей промышленности», СПб, 2011, «Леса России в XXI веке», СПб, 2012; а также на научно - технических конференциях лесоинженерного факультета Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С.М. Кирова в 2010-2012 гг.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в шести печатных работах, включая три статьи в журналах, рекомендованном ВАК РФ для публикации материалов кандидатских и докторских диссертаций. Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах по НИР.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Способы использования древесной коры в промышленности

Современная практика использования древесины в лесоперерабатывающей промышленности требует очистки от коры практически всех видов лесоматериалов (исключая топливные дрова). В настоящее время окорка круглых лесоматериалов производится на лесопромышленных складах различного назначения и принадлежности - нижних складах лесозаготовительных предприятий, лесоперевалочных базах, биржах сырья потребителей [1], [15].

Количество коры, получаемой при окорке бревен, зависит от их диаметра, места произрастания и породы древесины. Определению толщины коры различных пород древесных пород посвящен ряд научных работ [6], [18]. По данным [6], [4], массовое содержание коры (в процентах от объема древесины) может достигать 14 %.

Для ориентировочных расчетов на практике принимают, что при окорке 1 пл. м3 круглого леса хвойных пород получают 30 кг абсолютно сухой коры, т.е. 10 % коры от объема древесины.

Наиболее простым и доступным способом утилизации древесной коры является использование ее в качестве топлива [17]. На целлюлозно-бумажных предприятиях кору сжигают в специальных котлоагрегатах высокой производительности, как правило, в смеси с другими видами топлива: щепой, углем или жидким топливом [19], [20].

В работах [4], [17], [21], [22], [23] отмечено, что древесная кора является выгодным сырьем для производства топливных брикетов.

По мнению специалистов, возможно использование коры в качестве добавки при производстве стружечных плит [9], [24], [25]. Плиты из коры имеют меньшую прочность, чем плоскопрессованные древесностружечные плиты, но при этом прочность таких плит близка к прочности штампованных древесностружечных плит. Плиты из коры имеют высокие изоляционные показатели и низкие показатели набухания, что обусловливает их применение в строительстве в качестве прокладочного материала для крыш, полов и стен внутри зданий

Исследования, проведенные в ЦНИИМОД, ЛатНИИЛХП и БТИ, а также разработанная технология свидетельствуют о возможности изготовления древеснокорье-вых плит [6], [26].

В настоящее время известен целый ряд материалов на основе органических заполнителей, связанных минеральными связующими: фибролит, дюризол, пилинобе-тон, опилкобетон, арболит. Проведенные в нашей стране и за рубежом исследования доказали возможность использования коры в качестве наполнителя в строительных материалах [27].

В работе [6] предложен материал из коры на гипсовом вяжущем, названный ко-ролитом. Стоимость гипсового королита в 2 раза меньше стоимости фибролита и арболита. Королит на гипсовом вяжущем можно применять в качестве утеплителя при устройстве стен и полов в сочетании с бетонами и другими отделочными материалами.

Найден способ получения бетона с добавками коры [21]. По этой технологии изготавливают строительные плиты, обладающие достаточной прочностью и хорошей звукоизолирующей способностью.

Еще одним из возможных путей использования древесной коры является ее применение в сельском хозяйстве в качестве удобрения или стимулятора почвы [28], [29], [30]. Работа по использованию коры на компостные удобрения проводилась в Чехии, Финляндии, Германии, Польше, Японии, США и других странах [6]. Результаты

опытных работ позволили сделать вывод об эффективности использования коры в качестве сырья для получения удобрения. Кора по сравнению с другими лесными отходами обладает рядом преимуществ с точки зрения получения компостов, пригодных для удобрения, так как содержит много лигнина и имеет большой гумусовый потенциал. Лубяной и прикамбиальный слои, богатые питательными веществами, благоприятно влияют на активное развитие жизнедеятельности микроорганизмов. Разложение компоста из коры в почве происходит достаточно медленно, в течение 5—7 лет, что свидетельствует о большом экономическом эффекте этого удобрения [31].

Отметим еще одну перспективную область применения древесной коры. В связи с высокими объемами производства (в 2003 г. около 258 тыс. т) [32] и использования углеводородных масел существует проблема их разлива на территории предприятий. Многие органические фракции нефтепродуктов, при проливах попадая в почвы или в водную среду, оказывают токсическое действие на животных, почвенную биоту, растения [32]. При загрязнениях твердых и водных поверхностей нефтепродуктами приемлем сорбционный метод очистки. Список испытанных сорбентов включает лигно-целлюлозные волокна, минеральные продукты, синтетические полимерные сорбенты и различные природные материалы [32]. Альтернативным способом получения сорбентов является использование в качестве сырья отходов деревообрабатывающей промышленности, в частности коры хвойных древесных пород [21]. В зарубежной литературе имеются патенты о применении коры для удаления углеводородов с поверхностей [21].

Использование этого типа сырья обусловлено достаточно высокой поглощающей способностью получаемых сорбентов, их низкой стоимостью, доступностью как местного материала и возможностью дальнейшего применения.

Теоретическими предпосылками изучения поглощающих свойств коры послужило то, что она обладает характерной для сорбентов морфологической особенностью: наличие пор, полостей между структурными элементами, открытых (сообщающихся) пор-каналов, пронизывающих весь ее объем, не сообщающихся пор-ячеек.

Существующие и предлагаемые для использования схемы переработки коры включают стадии поэтапной экстракции растворителями различной природы: гекса-ном, изопропиловым спиртом водным и водно-органическим раствором гидроксида натрия, сжиженной углекислотой, водой, этиловым спиртом и др. [33]. Благодаря извлечению смолистых соединений, располагающихся в коре в основных, дополнительных ходах и смоловместилищах, при экстракционной обработке древесной коры происходит раскрытие дополнительных пор в твердых остатках, что способствует увеличению способности сорбентов поглощать нефтепродукты.

Несмотря на то, что использование необработанной коры как сорбента не всегда целесообразно, так как она может служить сырьем для извлечения экстрактивных веществ, а ее поглощающая способность по отношению к нефтепродуктам ниже, чем у проэкстрагированной, кора сосны, лиственницы и пихты, пригодна для сбора проливов углеводородных масел и эмульсий [33], [10]. Сорбционная очистка поверхностей такими сорбентами может осуществляться нанесением материала по поверхности пролива либо применением крупных блоков или матов, содержащих сорбционный материал в качестве набивки [34]. Насыщенные нефтепродуктами (отработанные) сорбенты после механического отжима могут быть использованы в качестве топлива или без дополнительной обработки при производстве кирпича, керамзитового гравия [35], [36].

Таким образом, кора, очевидно, может являться сырьем для изготовления многих видов продукции. Но при этом использование коры за пределами лесоперерабатывающего предприятия, даже на сравнительно небольшом расстоянии, всегда сопряжено с трудностями в перевозке такого рыхлого материала. Грузоподъемность транспорта в этом случае используется неэффективно [4]. С целью облегчения транспортировки коры ее следует уплотнять [4]. Недостаток технических решений по уплотнению коры мешает расширению объемов переработки коры [17], [21].

1.2. Математическое описание процесса уплотнения древесной коры

Исследованию процесса уплотнения древесных материалов, к которым относится и кора, посвящены работы многих ученых, среди них П.Н. Хухрянский, Н.А. Модин, В.И. Патякин, С.М. Базаров, В.И. Огарков, А.Н. Ерошкин и др. Известны также работы, относящиеся к воздействию ударной нагрузки на цельную древесину. Среди них нужно упомянуть работы П.Н. Хухрянского, Б.М. Буглая, В.В. Памфилова, В.А. Баженова, В.Н. Быковского, Ф.П. Белянкина, В.Ф. Яценко, Е.К. Ашкенази и др.

В работе В.В. Памфилова [37] изложены экспериментальные данные о прочности древесины при высоких скоростях приложения нагрузки для основных лесообра-зующих пород древесины европейской части России.

Работы П.Н. Хухрянского [38], [39] посвящены процессу контурного прессования древесины под действием ударных нагрузок.

Отметим недостаток в работах, посвященных воздействию динамических нагрузок на древесные материалы в целом и кору в частности. Процесс вибрационного уплотнения в научной и научно-технической литературе практически не освещен.

Наиболее близкими к нашей работе следует признать [17], [21].

В работе [17] рассмотрен процесс формирования брикета из древесных опилок на прессовом оборудовании ударного типа. Математическая модель построена с использованием модели многомассной системы. Это позволило определить степень уплотнения и показатель равноплотности брикета из древесных опилок по следующей схеме (рисунок 1.1):

Ж

pin

< и«

"I

Рисунок 1.1. Модель среды в виде стержневой системы [17] Решение уравнения движения системы было сведено к решению матричного уравнения:

Kv + Гт) + mv = P(t), (1.1)

где К - матрица жесткости системы, Г - диссипативная матрица, т - матрица масс, Р - вектор внешних нагрузок, v - вектор обобщенных перемещений. Решение (1.1) найдено в виде разложения [40]:

г?(0 = Фа(0, (1.2)

где Ф - некоторая квадратная матрица, a(t) - вектор коэффициентов, зависящих от времени.

После элементарных преобразований уравнение (1.1) с учетом (1.2) записано в

виде:

ФтгпФа(0 + ФгГФа(0 + ФТКФа(£) = Ф TP(t) (1.3)

И преобразовано в:

a(t) + ¥rrmW(t) +¥7Xn4>a(t) = b(t), (1.4)

с использованием обозначений [40]:

W = m°.s ф Кш = ((т0'5)_1)гЛГ(т0,5)_1

(1.5)

Гт = ((m0,5)_1)Tr(m0,5)_1 b{t) = ¥T((m°'5)-1)rP(t),

где m°-5 - матрица, составленная из квадратных корней соответствующих элементов матрицы масс.

В качестве матрицы ^выбрана матрица нормированных собственных векторов матрицы Кт. Тогда:

Ч>ТКт Ч> = А, (1.6)

где Л - матрица собственных значений матрицы Кт.

К (1.6) применен метод разложения по собственным формам; окончательный вид матричного уравнения движения системы с учетом инерционных, диссипативных и упругих составляющих:

а (О + ypa(t) + p2â(t) = Ь(0 (1.7)

Решение (1.7) выражено через интеграл Дюамеля по [41] с использованием ИПФ вида (1.8) [42]:

с

dj(О = J kj(t - T)bj(j)dT

(1.8)

1 -YPjt

kj(t)=—e 2 sin(piyt), (1.9)

Pi]

где обозначено р1;- = PjJ 1 ~~ ~

Располагая значениями коэффициентов а^) по (4), найдены значения обобщенных перемещений уф. Внутренние усилия Б^) можно определить от действия на каждую массу системы сил упругости [43]. В матричной форме записи уравнение для них имеет вид:

5(0 = (1Л°)

где - матрица влияния внутренних усилий, составленная одним из известных способов.

Таким образом, из решения уравнения (1.10) можно определить переменные по времени значения внутренних усилий в любом элементе рассматриваемой модели а также перемещения верхнего сечения каждого элемента при действии произвольной внешней нагрузки [17]. Уравнения могут быть использованы и при описании процесса уплотнения древесной коры (после подстановки соответствующих значений постоянных диссипативной матрицы и матрицы жесткости).

Однако очевидно, что при использовании такой модели системы на практике встречаются с трудностями математического характера, поскольку приходится решать системы большого числа дифференциальных уравнений движения системы.

Вопрос уплотнения коры ударом рассмотрен в [21] где плотность получаемого материала выражена через перемещение пуансона в закрытой матрице после падения на него груза некоторой массы т\. Дифференциальное уравнение движения системы после первого удара при этом записано в виде [44], [45]:

m^f + F (*<») = 0, (•■")

где _yi(l) - перемещение пуансона после первого удара (верхний индекс в скобках соответствует номеру удара), F (yí^) ~~ суммарное усилие сопротивления уплотнению.

Усилие сопротивления F перемещению пуансона в матрице нелинейно зависит от величины перемещения Ау. Закон изменения силы сопротивления перемещению F(y) от величины указанного перемещения должен соответствовать экспериментально установленной зависимости степени уплотнения от значения статического усилия, которая, как правило, имеет характер кривой, представленной на рисунке 1.2. По мере увеличения статического усилия степень уплотнения должна монотонно увеличиваться, асимптотически стремясь к некоторому предельному значению.

а: ¡и ас

о

л

ас &

<и

5 ,_

Нагрузка

Рисунок 1.2. Качественная зависимость степени уплотнения от нагрузки [46] В данном случае зависимость Р(у) получена с помощью диаграмм, представленных на рисунке 1.3.

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Перемещения пуансона, мм рабочий ход

С

В! К

а

СЗ

со о о о 1> &, п ш к в

4» Ц

го се

150

125

100

75

50

25

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Перемещение пуансона, мм рабочий ход

холостой ход

холостой ход

Рисунок 1.3. Индикаторные диаграммы прессования на прессе УИМ-50М [4]

На этих диаграммах имеется небольшой вертикальный участок, отражающий определенные усилия на подъем стола. Затем следует почти горизонтальный участок, где при незначительном повышении удельного давления происходит большое перемещение пуансона в матрице. В этот период частицы экспериментального материала имеют возможность перемещаться друг относительно друга и заполнять пустоты, следовательно, изменение объема в основном происходит за счет заполнения пустот и удаления воздуха. Третий участок кривой прессования характеризуется незначительным перемещением пуансона при быстром повышении удельного давления. В этот период прессования измельченных отходов объем уменьшается за счет сосудов, межклеточного пространства элементов опилок или частиц коры, а также оставшихся пустот между этими элементами.

В дальнейшем перемещение пуансона в матрице находили из следующего уравнения:

mi^ + F(yf) = 0, (U2)

где i = 2,3= Ау0 + £¿y® - суммарное перемещение пуансона, вызванное / последовательными ударами.

При этом начальные условия имеют вид:

К®|е=„ = Лу0+у1(1 + - + у1<'-1) 11=0 = ^

' (1ЛЗ)

dt

где Vo(l> - начальная скорость пуансона, вызванная i-м ударом.

В случаях, когда нет возможности найти точное решение уравнений (1.12), (1.13), источник [45] рекомендует линеаризовать функцию F(yi) на интервале (0; Ду0), для этого используется метод прямой линеаризации, в соответствии с которым нелинейная функция F(y\) заменяется линейным выражением f\y\. Отмечено также, что выбор интервала линеаризации влияет на получаемое расчетное значение плотности.

Очевидно, что использование линеаризованных зависимостей упрощает математический аппарат, однако вопрос о корректности использования линеаризованных функций сопротивления ввиду сказанного выше требует отдельного рассмотрения.

Таким образом, для установления величины перемещения пуансона в матрице (и, очевидно, степени уплотнения материала) под действием динамической нагрузки, необходимо располагать зависимостью, связывающей аналогичное перемещение при воздействии на пуансон статического усилия. Поскольку под динамическими нагрузками понимают как ударные, так и вибрационные, отметим необходимость построения функции сопротивления уплотнению и в нашем случае.

С использованием предложенного в [21] выражения для усилия сопротивления и обозначения т\=т, уравнение (1.12) примет вид:

т£р&+АевуЮ-с = 0 (1.14)

сП2

где у(() - текущая координата нижнего торца пуансона, отсчитываемая от положения, которое заняло бы верхнее сечение материала брикета при плотности ро = 200 кг/м3. При этом общий интеграл уравнения [47]:

+ С (1.15)

В

где С|, Сг~ постоянные интегрирования.

Из выражения (1.15) после однократного дифференцирования [48] по переменной / определится также и скорость пуансона:

ау(Х) VСгВтес (& + С2усхВтес\ — =~ шве' -2тёс-/ (1Л6)

Принимая во внимание то, что перемещение пуансона мало по сравнению с высотой падения груза, можно принять = У0. В этом случае начальные условия:

y(Olt=o = Ah

dy(t). _f/. (1.17)

I t=o — vo

где ДА - расстояние нижнего от торца пуансона до положения, которое заняло бы верхнее сечение материала брикета при плотности ро = 200 кг/м3 перед ударом.

С учетом начальных условий (1.17) из уравнений (1.15), (1.16) определятся постоянные интегрирования:

еспИапЪ~1(л/тВ(2АеСАГ1+в + тВе2СУ£))

С2 =-------(1.18)

л/тВ(2АеСАк+в +тВе2СУ£)

с _ 2АеСАп+в 4- тВе2сУо (и9)

1 ес

Время Т, за которое пуансон переместится на максимальную величину (время удара), определится из условия = 0:

Jc1Bmec f(t + C2)JclBmec ,

th --- =0 (1.20)

T = —С7 —

mBec \ 2 тес

ecmtanh~1(^JmB(2AeCAh+B + mBe2cV£)) (L21)

ylmB(2AeCAh+B + mBe2CV$) После подстановки (1.18), (1.19) в (1.15) получено выражение для определения максимального суммарного перемещения пуансона после /-го удара [21]:

с _ 1п AeCAh+B + тВе2сУ^

СО =ь "Ч 2Л ) (1.22)

anmax q

Для определения плотности брикета рвр использовано следующее соотношение (результаты представлены в [21]):

РбР=РЧ -Aftm <L23)

п0 anmax

В той же работе приведены результаты экспериментальных исследований по уплотнению древесной коры ударом.

600

200 250 300 350 400 450 500 550

Импульс, кг* м/с

Д - теоретичечкое значение, х - экспериментальное значение

600

Рисунок 1.4. Зависимость плотности брикета от величины импульса (сплошная линия - Ро = 500 кг/м3, пунктирная линия - р0 ~ 700 кг/м3, штрихпунктирная линия -

р0 = 900 кг/м3) [21] Из графиков на рисунке 1.4 видно, что экспериментально определенное значение плотности брикета ниже значения, полученного по формулам. Указанное отличие автор объясняет демпфирующим эффектом удаляемого из материала брикета воздуха,

а также частичным упругим восстановлением материала брикета после снятия нагрузки.

Как отмечено выше данная модель близка к рассматриваемому процессу, на ее основе далее и будем строить модель вибрационного уплотнения. При этом примем во внимание следующее. Поскольку функция сопротивления уплотнению получена на основании результатов по статическому уплотнению, она, очевидно, не учитывает вязкое сопротивление уплотнению, пропорциональное скорости приложения нагрузки [49], что актуально при рассмотрении действия нагрузок динамического характера. Тогда для учета вязкого сопротивления уравнение (1.14) необходимо дополнить еще одним членом: п^ (п - коэффициент пропорциональности, коэффициент вязкости). Уравнение (1.14) примет вид:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Швецова, Виктория Викторовна, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Бирман А.Р., Тихонов И.И., Ильюшенко Д.А. Технология и оборудование лесных складов и лесообрабатывающих цехов. СПб: ЛТА, 2013. 32 с.

2. Бит Ю.А., "Древесные отходы - биотопливо," Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса, № 2, 2001. С. 9 - 14.

3. Патякин В.И., Григорьев И.В. и др. Технология и оборудование лесопромышленных производств, ч. 1 Технология и оборудование лесосечных работ. СПб: СПб ГЛТА, 2009. 362 с.

4. Модин Н. А., Ерошкин А. Н. Брикетирование измельченной древесины и древесной коры. М.: Лесная промышленность, 1971. 112 с.

5. Матвейко А. П.. Малоотходные и безотходные технологии в лесном хозяйстве и лесной промышленности. Минск : БГТУ, 1999. 84 с.

6. Веретенник Д. Г. Использование древесной коры в народном хозяйстве. М.: Лесная промышленность, 1976. 120 с.

7. Чемоданов А.Н., Царев Е.М.. Лес и лесопродукция. Справочные материалы. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. 304 с.

8. Никитин Н. И.. Химия древесины и целлюлозы. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 712 с.

9. Вигдорович А. И., Сагалаев Г. В., Поздняков А. А. Древесные композиционные материалы в машиностроении: Справочник. М.: Машиностроение, 1991. 240 с.

11. Шамин А. А., Бобнева Л. И., Колгина О. Н., "Биохимические и микробиологические процессы при компостировании еловой коры," Агрохимия, №7, 1977. С. 97-103.

12. Мосягин В. И. Вторичные ресурсы лесного комплекса. СПб: ЛТА, 1998. 231 с.

13. Левин Э. Д., Денисов О. Б., Пен Р. 3. Комплексная переработка лиственницы. М.: Лесная промышленность, 1987. 224 с.

14. Корпачев В.П., Миронов Г.С.. Экология лесопользования: Монография. Красноярск: СибГТУ, 2008. 312 с.

15. Патякин В.И., Редькин А.К. и др.. Технология и оборудование лесных складов и лесообрабатывающих цехов. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. 384 с.

16. Блехман И. И.. Вибрационная механика. М.: Наука, 1994. 394 с.

17. Коршак A.B. Обоснование технологии производства брикетов на прессовом оборудовании ударного типа: дис. канд. техн. наук. СПб: ЛТА, 2011. 143 с.

18. Миронов Г. С.. Комплексное использование древесины. Переработка вторичных древесных ресурсов. Красноярск: СибГТУ, 2001. 70 с.

19. Мардер М. В.. Опыт сжигания коры на целлюлозно-бумажных комбинатах. М. : Лесная промышленность, 1967. 158 с.

20. Левданский В.А, "Безотходная переработка коры пихты ," Химия растительного сырья, № 4, 2000.. С. 21-28.

21. Ильюшенко Д.А. Разработка технологии производства брикетов из отходов окорки: дис. канд. техн. наук. СПб: ЛТА, 2012. 135 с.

22. Гомонай М. В.. Производство топливных брикетов. Древесное сырье, оборудование, технологии, режимы работы. М.: Изд-во МГУЛ, 2006. 68 с.

24. Поздняков А. А.. Прочность и упругость композиционных древесных материалов. М.: Лесная промышленность, 1988. 136 с.

25. Поздняков А.А., "Упругие постоянные древесностружечной плиты как квазиизотропного материала," Известия ВУЗов: Лесной журнал, № 5, 1969. С. 71-76.

26. Веселов А. А.. Использование древесных отходов фанерного и спичечного производства. М.: Лесная промышленность, 1987. 160 с.

27. Никишов В. Д. Комплексное использование древесины. М.: Лесная промышленность, 1985. 264 с.

28. Щукина А. В., Степень Р. А., "Получение и применение компостов на основе коры пихты сибирской," Региональные производители. Их место на рынке товаров и услуг, 2005. С. 207-210.

29. Щукина А. В., Степень Р. А., "Рациональная переработка коры сплавной и затопленной пихты," Химико-лесной комплекс - проблемы и решения, 2003. С. 337-341.

30. Щукина А. В., Степень Р. А., "Удобрения на основе сплавной коры пихты ," Экологическая безопасность территорий Красноярского региона, 2005. С. 5455.

31. Щукина А. В., Степень Р. А., "Влияние короцеолитовых удобрений на урожайность картофеля и пшеницы ," Вестник СибГТУ, № 1, 2005. С. 43-46.

32. Акимова Т. А., Кузьмин А. П., Хаскин В. В. Экология. Природа-Человек-Техника: Учебник для студ. вузов. М.: Экономика, 2007. 510 с.

33. Черняева Г. Н. и др., "Комплексная переработка древесной зелени и коры пихты "Химия и химическая технология древесины, 1985. С. 73-77.

34. Локштанов Б.М., "Тенденции развития лесобиржевого хозяйства целлюлозно-бумажных предприятий России," Лесопромышленный комплекс России XXI века: тезисы докладов, 2000. С. 55.

35. Локштанов Б.М, Кожин В. В. Очистка сточных вод древесноподготовительного отдела. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1975. 42 с.

36. Локштанов Б. М., Вьюков Б. Е., Трефилова Т. Ф. Системы и оборудование для подготовки коры к утилизации. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1985. 56 с.

37. Памфилов В. В.. Влияние ударных нагрузок на структуру и механические свойства древесины. Брянск. 1965. 73 с.

38. Хухрянский П. Н. Прессование и гнутье древесины. Л.: Гослесбумиздат, 1956. 244 с.

39. Хухрянский П.Н., "Контурное прессование древесины методом удара," Мебель и деревообработка: Реф. информ, № 25, 1965. С. 37.

40. Плотников Ю.Г. Матрицы в строительной механике. Хабаровск: Издательство ДВГУПС, 2008. 141 с.

41. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления, том 3. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001.

42. Пискунов Н. С.. Дифференциальное и интегральное исчисления: учебное пособие для вузов. М. : Наука, 1985. 429 с.

43. Анохин H.H.. Строительная механика в примерах и задачах, часть II. М.: Издательство Ассоциации строительных ВУЗов, 2007. 464 с.

44. Пановко Я.Г.. Введение в теорию механического удара. М.: Наука, 1977. 223 с.

45. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний: Учебное пособие для ВУЗов. М.: Наука, 1991. 225 с.

47. Камке Э.. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Наука, 1971.576 с.

48. Фихтенгольц Г.М.. Курс дифференциального и интегрального исчисления, том 1. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001.

49. Буглай Б. М., Гончаров Н. А. Технология изделий из древесины: учебник для студ. вузов. М.: Лесная промышленность, 1985. 408 с.

50. Бауман В.А.. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. М.: Машиностроение, 1975.

51. Болотин В. В.. Вибрации в технике: справочник, том 1. Колебания линейных систем. М.: Машиностроение, 1999. 504 с.

52. Виноградов В.А., "Влияние вибрационного воздействия при брикетировании измельченной древесины," Технология и оборудование деревообрабатывающих производств, № 4, 1993. С. 166-169.

53. Мовнин Н.С.. Разработка способов модификации малоценных пород древесины. Л.: ЛТА, 1971. 199 с.

54. Александров A.B., Потапов В. Д., Державин Б. П. Сопротивление материалов: Учебник для ВУЗов. М. : Высш. шк., 2000. 560 с.

55. Беляев H. М.. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1976. 608 с.

56. Гуров C.B.. Планирование и статистическая обработка результатов экспериментов: Методические указания. СПб: ЛТА, 1994. 31 с.

57. Редысин А.К., Якимович С.Б.. Математическое моделирование и оптимизация технологий лесозаготовок: учебник для вузов. М.: ГОУ ВПО МГУ Л, 2005. 504 с.

58. Пановко Я. Г.. Основы прикладной теории колебаний и удара: 3-е изд., доп. и переработ. Л.: Машиностроение, 1976. 320 с.

60. Самарский А. А., Вабищевич П. Н.. Численные методы решения обратных задач математической физики. М.: ЛКИ, 2009. 480 с.

61. Васильев Ф.П.. Численные методы решения экстремальных задач. М.: Наука, 1981.

62. Калиткин H.H.. Численные методы. М.: Наука, 1978.

63. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. М.: Физматлит, 2001.

64. Немыцкий В. В., Степанов В. В.. Качественная теория дифференциальных уравнений. М.: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2004. 456 с.

65. Михайлов В.П.. Дифференциальные уравнения в частных производных. М.: Наука, 1976.

66. Анурьев В. И.. Справочник конструктора-машиностроителя в 3-х т.. М.: Машиностроение, 2006. 928 с.

67. Гладков С.Н.. Электромеханические вибраторы. М.: Машиностроение, 1966. 83 с.

68. By колов Э. А. Основы статистического анализа. Практикум по статистическим методам и исследованию операций с использованием пакетов STATISTICA и EXCEL. Москва. 2004. 462 с.

69. Кирьянов Д.Н. Mathcad 13. Санкт-Петербург. 2006. 590 с.

70. Плис А. И., Сливина Н. А. Mathcad. Математический практикум. Москва. 2003. 655 с.

71. Налимов В. В.. Планирование эксперимента. Москва. 1971. 198 с.

72. Кубланов М.С.. Планирование эксперимента и обработка результатов наблюдений: Пособие по изучению дисциплины и контрольные задания для студентов III курса специальности 160901 заочного обучения. М.: МГТУ ГА, 2006. 25 с.

73. Адлер Ю.П., Маркова Е.В.,Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Москва: Наука, 1976. 278 с.

74. Бернацкий Ф.И. Планирование экспериментов в инженерных исследованиях. Владивосток. 1986. 45 с.

75. Красовский Г.И., Филаретов Г.Ф.. Планирование эксперимента. Минск: БГУ,

1982. 302 с.

76. Краснощекое П.С., Петров A.A.. Принципы построения моделей. М.: Изд-во МГУ, 1984.

77. Родионов П.М. Основы научных исследований. Л.: ЛТА, 1989. 99 с.

78. Тюрин Ю. Н., Макаров А. А. Статистический анализ данных на компьютере. Москва. 2005. 527 с.

79. Гальперин В.И., "Методы оценки эффективности процессов фракционирования древесных частиц," Деревообрабатывающая промышленность, № 11, 1973. С. 911.

80. Сивухин Д. В. Общий курс физики: учебное пособия для студ. вузов. М.: Физматлит, 2006. 544 с.

81. Яблонский A.A. Сборник задач для курсовых работ по теоретической механике. М.: Интеграл-Пресс, 2000. 444 с.

82. Лойцянский Л. Г., Лурье А. И. Курс теоретической механики, том 1: статика и кинематика. М.: Наука, 1982.

83. Хартман К., Лецкий Э., Шефер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. Москва. 1977. 552 с.

84. Джонсон Н., Лион Ф.. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Москва: Наука, 1981.

86. Мюллер П., Нойман П., Шторм Р. Таблицы по математической статистике. Москва. 1982. 270 с.

87. Гомонай М.В. Технология изготовления топливных брикетов (биотопливо). 1-е изд. М.: Шпиндель, 2006. 60 с.

88. Житков А. В.. Утилизация древесной коры. М.: Лесная промышленность, 1985. 136 с.

89. Расев А. И. Сушка древесины: Учебное пособие. М.: Изд-во МГУЛ, 2007. 224 с.

90. Расев А.И., "Отходы деревообработки малых предприятий в дело," Лесная промышленность, № 3, 1999. С. 15 - 16.

91. // Сайт корпорации "Mascorp": [сайт]. [2013]. URL: http://www.mascorp.ru

92. Бирман А.Р. КАА,ХЕГ,ПВИ,КАВ,ВМЮ, "Устройство для изготовления древесных брикетов: патент на полезную модель," Патент на полезную модель 96350, Мау 11,2010.

93. Артоболевский И. И. Технология механизмов и машин. М.: Наука, 1988. 640 с.

94. Фетищева 3. И.. Экономические основы деятельности лесопромышленных предприятий. М.: МГУЛ, 2003. 461 с.