Технологические режимы производства шпал из модифицированной древесины путем совмещения стадий пропитки, прессования и сушки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат технических наук Томин, Александр Анатольевич

• Томин, Александр Анатольевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Томин, Александр Анатольевич

Введение.

Глава 1. Современное состояние проблемы модифицированной древесины

1.1. Характеристики способов модгфицирования древесины .В

1.2. Состояние производства деревянных питая в России и за рубежом.

1.3. Цель и задачи исследования.

Глава 2, Теоретические аспекты получения древесины путем совмещения стадий пропитки, прессования и сушки

2.1. Особенности явлений, происходящих в древесине в ходе процесса совмещения стадий пропитки, прессования и сушки.

2.2. Теоретические аспекты уплотнения древесины совмещенным способом.

2.3. Механизм стабилизации форм и размеров изданий из мода-фицировшшой древесины.

Глава Э. Методика экспериментальных исследований

3.1. Установка для поучения модафицированной древесины совмещенным методом.

3.2. Методика получения математических моделей процесса пропитки, прессования и сушки древесины.

3.3. Методика многокритериальной опшмизации процесса мо~ дифип^фования древесины совмещенным способом.:.

3.4. Методика определения содержания антисептика в древесине . • •

3.5. Методика испытаний стш-шнзатора.

3.6. Методика определения фитко-мек^нических и эксгшуата-ционньк свойств модифицированной древесины.

Глава 4, Результаты исследования техно л о г и ч еских режимов получения модифицированной древесины совмещенным способом и ее свойств.

4.1. Режимы работы экспериментальной установки.

4.2. Придание формоуетойчивости изделиям из модифицированной древесины.

4.3. Математические модели процесса пропиши, прессования .и сушки: древесины.

4.4. Меогокритериапьная оптимизация процесса модифицирования древесины совмещенным способом.

4.5. Физтиюские свойства мо,?.щфшщрованн'ой древесины.

4.6. ГЬочностные свойстве модифицированной древесины

4.7. Экс.шхуатшд'юнные свойства модифицированной древесины

Глава 5, Технико-экономическая эффективность производства и применения железнодорожных шпал из модифицированной древесины

5.1. Организация производства шпал из модифждарованной древесины. 1П

5.2. ('.'обеспечение экологической чистоты производства и эксплуатации изделий из модифицированной древесины. lio

5.3. -Экономическая эффективность производства ншал ш модифицированной древесины в железнодорожном яряншорте.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологические режимы производства шпал из модифицированной древесины путем совмещения стадий пропитки, прессования и сушки»

Ежегодно г- мире зшт>тавливается свыше 2,5 млрд. м' древеса» tibi, которая вместе с полученными из нее материшшмм является основным сырьем для многих отраслей промышхенноеш, етроительст-ва и сельского хозяйства [21, 49, 71, 86, 98].

В проекте основных направлений экономического и социального развитая России на период до 2000 года предусмотрено, в частности, ускорить темпы научно-технического прохресса и обеспечить осуществление единой технической по:штикя путем (»здавм и внедрения тфинцгатаально новых орудий труда, материалов и технологических процессов, хфевосходшдих но своим технико-экономических, показателям лучшие отечественные и мировые достижения, а в области технологии — тирокое внедрение нротрессжтж, особенно непрерывных технологических процессов. Конкретно для лесной, дере-вообрабатьюакяцей и целлюлозно-бумажной промъишхенносш предусмотрено обеспечить комплексное использование древесного сырья и дровяной низкокачестеетной древесины для выработки различной продушдаи, более полную переработку древесины лиственных пород [81].

Среди основных направлений развития современной техеолонш древесины важное место занимают исследования способов ее химической и механической переработки, при этом не всегда рационально перерабатывать низкокачественную древесину на щепу, поскольку в этом случае теряются мноше конструктивные свойства древесины. Гораздо эффективнее наиболее полно использовать заложенные природой положительные качества древесины., усиливая их за счет модифицирования и придавая ей новые свойства [96 !.

Ак;гу ьно сть. р а боты, Шталы в России и развитых странах Европы и Америки изготшливают соответственно из древесины хвойных породе ( срок службы - 15 лет) и из древесины твердых лиственных пород (срок службы 50 лет), Шюльзуя древесину березы, осины и ольхи, которые относятся к быстро восстанавливаемым лесным ресурсам и малоценным породам, и путем модифшдарования можно довести показатели прочностных свойств до соответствующих показателей древесины дуба, и иожадггь шпалы со сроком службы не менее 35 лет. При всем многообразии сложившихся в последнее время способов и технологий модифтщровавия древесины не было ни одной попытки совмещения всех 1рех тешологических стадий (пропитки, прессования и сушки) как по месту, так и по времени, хотя создание такой совмещенной технологии представляется: перепек-тшшым вследствие сокращения временных и энертетческих затрат.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Государственной научно-технической программой «Наследования и разработка по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения» на 1996-2000 г., которая, включает в себя ряд специализировшных нодпрохрамм, в том числе «Комплексное но гюльзование древесного сырья».

Целью настоящего исследовании является технологии получения шпал из древесины мяших лиственных пород путем совмещения стадий пропитки, уплотнения и сушки как по месту, так и по временя и ее оттшизатдия.

Об^ктом исследования является совмещенная технология термомеханического модифицирования древесины.

Мегоди к а.я с с л е д о в а и м й. Поставленные задачи решались посредством теоретических и экснери&шшалышх исследований. Методика исследований соответствовала общепринятой в деревообработке и соответствует ГОСТам. Полученные данные обрабатывались методами математической статистики с использованием стандартных пакетов прикладных программ душ современного персонального компьютера.

Н.атч н а я новйз на, р а б оты: получены уравнения распределена;-! степени деформации и плотности по сечению древесины для каждого этапа совмещенного процесса; исследованы физико-механические и экаюгуатационные свойства полунтал из модифшщровашгой дрежесжны; найдены уравнения, аппроксимирующие распределение физических и прочностных характеристик по поперечному сечению по-лупшалы в направлетжи основных рабочих зон;

- получены математические регресхжонные модели ддхя пяти показателей свойств модифющрованной древесины.

Значимость для теории и практики. Разработана, система прогнозирования свойств модифицированной древесины на основе многокритериальной оптимизации, позволяющая нахо/щть оптимальный технологический режим, создана экспериментальная установка СПВ-1 и изготовлена опытная партия подушная для метрополитена из модифицированной древесины. Доводятся испытания новых полушпал в Московском метро «Чистые пруды».

На основе патента РФ № 2128113 «Способ получения модифицированной древесины» и заявки на патент № 98121186/25 (023187) «Установка для обработки древесшсы» разработан проект цеха по производству железнодорожных шпал годовой щ^оизводительностъю 8294,4 m¿ (69120 шт )

Положения выносимые на защиту: совмещение технолошчееких стадий-- пропитки, прессования я сушки., по месту и по времени; эктериментальная установка ("IIB-1, обеспечивающая получение модифихщроваЕшой древесины совмещсиным способом; техпологичесжие режимы совмещенного способа.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается адекватностью математических моделей, относительной погрешностью результатов эксперимента, не превосходящей допустимое значение в деревообработке 5%. математической обработкой результатов экспериментшжных исследований, с применением ЭВМ, актом лабораторных испытаний иолупшал для метрополитена, изготовленных автором, в В.11ИИЖТе и экономической эффективностью .¡фмменения разработанной технологии в производстве.

А н р о б а ц им раб о ты, Основные положения дисдертационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Рациональное использование ресурсного потенциала в агро-лешом комплексе» (Воронеж, 1998); международной научно-технической конференции «Рациональное использование лесных ресурсов» (Йошкар-Ола, 1999).

Пу б л и кации.ГЬ материалам диссертащюнной работы опубликовано-5 печатных работ, из которых 3 в соавторстве, получен патент на изобретение, установлен приоритет но заявке на патент.

Q.^gM. .JLglРУ.Ё1-У Р а Д и ccepi'a ц и и» Дисс^этационная работа со-' стоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 142 страницах машшюгшсного текста, содержит 32 рисунка, 24 таблицы. Список использованной литературы включает 112 наименований, из них 13 на иностранных языках.

Заключение диссертации по теме «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки», Томин, Александр Анатольевич

ВЫВОДЫ ;

Испытания шпал-коротышей из модифицированной древесины показали,; что из-за небольшой в 10-15% степени прессования при формировании пластей их основные физико-механические свойства остаются на уровне шпал аналогичных пород из не модифицированной древесины.

При сохранении всех достоинств обычных деревянных шпал наблюдается местное упрочнение древесины в районе сформированных пластей, что приводит к уменьшению механического износа шпал под подкладкой.

В промышленном производстве планируется довести степень прессования древесины до 20-25 %, что дополнительно улучшит их износостойкость.

Применение в производстве шпал для метрополитенов нового антисептика ЖТК с улучшенными технологическими (отсутствие осадков, повышенная проницаемость в древесину) и экологическими (четвертый класс опасности вместо второго у каменноугольного масла, практическое отсутствие запаха) свойствами при той же, что и у каменноугольного масла степени зашиты древесины, позволит улучшить качество их пропитки и значительно снизить вредность при работах, связанных с укладкой таких шпал и текущим содержанием пути.

Применение шпал из модифицированной древесины осины будет возможно при увеличении степени прессования до 20 - 25 %.

Сосновые шпалы имеют недостаточное качество пропитки, повышение которого возможно при применении нового антисептика ЖТК и изменении способа пропитки со способа "горячая - холодная ванна" на "вакуум - атмосферное давление", при котором также повысится качество и скорость сушки или допропитки таких шпал стандартным автоклавным методом (что было проведено для шпал опытной партии).

Использование шпал - коротышей на путях станционных платформ и цельных шпал из модифицированной древесины в перегонных тоннелях метрополитенов не потребует изменения существующей технологии укладки, ремонта и текущего содержания пути.

Исходя из вышесказанного можно рекомендовать укладку опытной партии шпал - коротышей из модифицированной древесины березы и сосны (при соблюдении требований к качеству пропитки и влажности древесины) для проведения полигонных испытаний на станционных путях Московского метрополитена.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ по лабораторным испытаниям шпал-коротышей из модифицированной древесины з аведующии отделением Путевого хозяйства

Заведующий лабораторией ВСП

Руководитель группы Деревянных шпал

С. Н. Шарапов Л. Г. Крысанов В. С. Овчинников

ПОДЛИННЫМ 1

Москва - 1998 г.

Всероссийским научно-исследовательским институтом железнодорожного I юрта в соответствии с утвержденной методикой выполнены лабораторные ис- j ля шпал-коротышей из модифицированной древесины, изготовленных на i

7 1 Iю-промышленной установке по технологии Государственной Воронежской ле- J нической академии и ЗАО "Элекон-строй".

На испытания были представлены семь шпал-коротышей размерами (170 ±5) х

900 ±5) мм из модифицированной древесины - березы, осины и сосны со сред- \ : j пажностью 25% (22,8 - 29,3%). Глубина пропитки сосновых шпал-корртьппей не 7 I; етствовала требованиям ГОСТ 20022.0, что потребовало их дополнительной^ тгки на Рязанском шпалопропиточном заводе. Степень прессования древесины; [юрмировании пластей шпал составляла в среднем 15%. Замечено выпадение в преимущественно на березовых шпалах.

Результаты испытаний оценивались в сравнениях аналогичными показателя-1 и не модифицированной древесины. |

I i

1. ИСПЫТАНИЯ ПО ОЦЕНКЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ШУРУПОВ !

Перед проведением испытаний по определению усилий при завертьщании шу-[ в, их выдергивании и отжатии в опытных шпалах-коротышах производилась! варительная насверловка отверстий диаметром:- 14; 16мм. При этом верхняя! d каждого отверстия на глубину 20 мм рассверливалась диаметром 21 мм. Коли-у зо просверливаемых отверстий каждого диаметра - 3.

Усилия при завертывании шурупов в опытный образец шпалы - коротыша при ичных диаметрах насверловки отверстий определялись с помощью динамометри-ого ключа. !

I j

Выдергивание шурупов из шпалы проводилось на 30-ти тонном прессе с фик| 1ей величины усилия для каждого диаметра отверстия. Норматив усилия на вы -ивание шурупа для деревянной шпалы влажностью 12% составляет 3-3,5 тс. Результаты испытаний приведены в таблице 1.