Работа выполнена в рамках реализации комплекса мероприятий Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012–2016 г.г.

Введение. Проблема совершенствования переработки древесного сырья не теряет своей актуальности на протяжении длительного времени. Названная проблема сводится к решению комплекса задач разработки новых и модернизации известных технологий, машин и оборудования, обеспечивающих конкурентные преимущества на стадиях лесопользования, заготовки, транспортировки и переработки древесного сырья, а также рационального использования (утилизации) отходов лесопромышленного комплекса [1-23]. Большое число работ в данной области объясняется не только актуальностью указанной проблемы, но и сложностью сопутствующих задач. С учетом ограничений на объем статьи далее рассматриваются только некоторые из технических и технологических решений. Кратко рассмотрены: очистка от коры лесоматериалов неодинакового диаметра в установках барабанного типа; измельчение древесины на щепу в дисковых рубительных машинах с гравитационной загрузкой; межоперационная транспортировка балансов и их сортировка с применением рольганга. Более полную информацию о результатах исследований в данной области можно найти в публикациях, указанных в списке литературы к данной статье.
Очистка от коры балансов неодинакового диаметра в установках барабанного типа. К числу недостаточно изученных в настоящее время относится задача о влиянии соотношения диаметров балансов на степень их очистки от коры в установках барабанного типа. Действительно, анализ литературы показал, что известны соответствующие эмпирические результаты А.Н. Коршунова, приведенные в недавно опубликованной статье [13], но нет теоретического обоснования наблюдаемых закономерностей уменьшения степени очистки с увеличением диаметра балансов. В работе [18] предпринята попытка восполнить этот пробел, используя и дополняя теорию С.П. Бойкова [3]. В монографии [3] соударения, с учетом их стохастичности, рассматриваются как независимые повторяющиеся испытания по схеме Бернулли. Т.е., используется модель, когда одно и то же испытание (соударение балансов) повторяется многократно и исход каждого испытания независим от исходов других испытаний. При каждом соударении кора частично разрушается. С увеличением числа соударений степень очистки возрастает от нуля до 100%. При этом по умолчанию предполагается, что площадь боковой поверхности соударяющихся балансов, а значит и их диаметры, одинаковы (если балансы не различаются по длине).
В работе [18] теоретически исследованы некоторые закономерности соударений при очистке в корообдирочном барабане балансов неодинакового диаметра. Было установлено, что при одной и той же продолжительности технологического процесса степень очистки от коры уменьшается с увеличением диаметра балансов. При этом изменение степени очистки пропорционально квадрату изменения диаметра. Адекватность результатов данного исследования подтверждена их согласованностью с экспериментами А.Н. Коршунова, описание которых можно найти в статье И.В. Григорьева [13].
Измельчение древесины на щепу в дисковых рубительных машинах с гравитационной загрузкой. Одна из проблем совершенствования технологии производства щепы заключается в уменьшении массовой доли частиц измельченной древесины, имеющих некондиционную форму и размеры. Появляющиеся в этой связи задачи рассмотрены в работах [4-9]. В статье [6] принято во внимание, что длина любого баланса уменьшается в процессе его измельчения в рубительной машине и на финишной стадии этого процесса баланс стандартной длины превращается в короткомер. Измельчение короткомеров в рубительной машине приводит к увеличению доли щепы некондиционной крупности, что исследовано в работе [7], в которой использована предложенная в [6] модель взаимодействия баланса и загрузочного устройства рубительной машины. В статье [19] предложена уточненная модель влияния длины баланса, измельчаемого в дисковой рубительной машине, на размеры частиц древесной щепы. Адекватность результатов моделирования подтверждена экспериментально.
Межоперационная транспортировка балансов и их сортировка с применением рольганга. Как отмечено выше, наличие короткомеров в потоке балансов, поступающих на измельчение в рубительную машину, служит причиной появления частиц щепы некондиционной крупности. Поэтому необходимо исключить подачу короткомеров в загрузочное устройство рубительной машины. Для решения данной задачи применяют ролльганги с так называемыми провалочными окнами, функционирование которых рассмотрено в работах [6, 7]. Однако практика показывает, что такое техническое решение оказывается не всегда эффективным. Результаты поиска нового решения в виде секции рольганга с полигональными роликами приведены в работах [5, 8, 9]. Схема секции рольганга показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема секции рольганга

Указанная секция включает в себя стартовый 1 и финишный 2 участки, снабженные роликами 3 в форме призм. Ролики приводятся в синфазное вращение электродвигателями с передаточными механизмами, например, в виде роликовых цепей. Ролики 3 предназначены для транспортировки лесоматериалов 4 и 5. В проем между участками 1 и 2 проваливаются под действием собственного веса короткомеры 5. Балансы кондиционной длины 4 не проваливаются в указанные проёмы, так как размер проёма по направлению перемещения меньше половины длины баланса 4.
Далее рассмотрены характеристики движения баланса, транспортируемого по рольгангу с квадратным поперечным сечением ролика, вращающегося вокруг неподвижной оси, проходящей через точку  (рис. 2).

Рис. 2. Перемещение точки m по дуге amb

На старте транспортируемый баланс контактирует с точками  и . Далее с балансом контактирует точка , если . Значение  детерминируется формой поперечного сечения; для квадрата . Предполагается, что при перемещении по дуге  точка  неразрывно связана с поверхностью баланса. Тогда синхронное вращение всех роликов трансформируется в поступательное движение баланса к проему между участками 1 и 2. Поэтому, чтобы получить характеристики движения баланса, достаточно рассмотреть движение точки  по дуге . Если угловая скорость вращения роликов  от времени  не зависит, то . Тогда

, или  , . (1)

Горизонтальное перемещение данной точки :

. (2)

Вертикальное перемещение:

. (3)

Проекции скорости и ускорения:

, ,
, .(16)

В пределе, при , взамен многоугольника получим окружность. Тогда ; ; ; ; ; .
Необходимо учитывать ограничение  (1). Горизонтальное перемещение (1) получают суммированием значений , вычисленных при  с учетом целого числа циклов и остатка от деления .
На рис. 3 приведены графики  для круглого (0,534) и квадратного (0,481) сечений роликов при одном и том же  м. Среднее значение скорости в первом и втором случаях равно, соответственно, 0,534 м/с и 0,481 м/с. Графики на рис. 4-8 представляют характеристики для роликов квадратного сечения.

Рис. 3. Горизонтальное перемещение баланса	Рис. 4. Вертикальное перемещение баланса
Рис. 5. Горизонтальная скорость баланса	Рис. 6. Вертикальная скорость баланса
Рис. 7. Горизонтальное ускорение баланса	Рис. 8. Вертикальное ускорение баланса

Заключение

Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что при одной и той же продолжительности технологического процесса степень очистки от коры весьма чувствительна к соотношению диаметров окариваемых балансов. Изменение степени очистки пропорционально квадрату изменения диаметра. Балансы меньшего диаметра будут освобождены от коры быстрее, чем балансы большего диаметра, и дальнейшие соударения приведут к разрушению и потере части древесины этих балансов. В целях уменьшения потерь древесины при окорке необходимо до загрузки в корообдирочный барабан сортировать балансы по диаметру, т.е. загружать лесоматериалы примерно одного диаметра в группе. Перспективы развития представленной работы могут быть ориентированы на совершенствование загрузочного устройства рубительной машины и рольганга для транспортировки балансов.

1. Андреев А.А., Колесников Г.Н. О рациональном соотношении количества опилок и стружки в древесно-цементном композите // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. 2014. № 4 (141). С. 85-87. http://elibrary.ru/item.asp?id=21649786
2. Андреев А.А., Колесников Г.Н. Совершенствование технологии использования отходов лесопильных предприятий в производстве древесно-цементных материалов для малоэтажного строительства // Фундаментальные исследования. 2014. № 6-6. С. 1139-1143. http://elibrary.ru/item.asp?id=21618774
3. Бойков С.П. Теория процессов очистки древесины от коры // Л.: ЛГУ. 1980. 152 с.
4. Васильев С.Б. Обоснование технологии и оборудования производства щепы при неистощительном лесопользовании: Дисс. … доктора техн. наук: 05.21.05, 05.21.01 / Петрозаводск. 2002. 342 с. http://elibrary.ru/item.asp?id=19175875
5. Васильев С.Б., Девятникова Л.А., Доспехова Н.А., Колесников Г.Н. Интенсификация сортировки транспортируемых рольгангом круглых лесоматериалов по критерию длины при их подготовке к измельчению на щепу // Фундаментальные исследования. 2013. № 10-2. С. 257-260. http://elibrary.ru/item.asp?id=20204479
6. Васильев С.Б., Девятникова Л.А., Колесников Г.Н. Влияние изменения длины баланса, измельчаемого в дисковой рубительной машине, на размеры частиц древесной щепы // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012. № 81. С. 270-279. http://elibrary.ru/item.asp?id=18038785
7. Васильев С.Б., Девятникова Л.А., Колесников Г.Н., Симонова И.В. Технологические решения для реализации потенциала ресурсосбережения при переработке круглых лесоматериалов на щепу // Петрозаводск, 2013.http://elibrary.ru/item.asp?id=21756172
8. Васильев С.Б., Доспехова Н.А., Колесников Г.Н. Модуль рольганга с технологической функцией интенсификации выделения короткомеров из потока балансов // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. 2013. № 9. С. 145-149. http://elibrary.ru/item.asp?id=20891366
9. Васильев С.Б., Колесников Г.Н., Девятникова Л.А., Доспехова Н.А. Секция рольганга для сортировки транспортируемых лесоматериалов по длине // Патент РФ на полезную модель № 134521. Опубликовано 20.11.2013.
10. Васильев С.Б., Колесников Г.Н., Никонова Ю.В., Раковская М.И. Влияние локальной жесткости корпуса корообдирочного барабана на изменение силы соударений и величину потерь древесины // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. 2008. № 96. С. 84-91.http://elibrary.ru/item.asp?id=11846141
11. Гаврилов Т.А., Паталайнен Л.С., Колесников Г.Н. О ресурсосберегающих технологиях экологически безопасной утилизации древесной коры // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 7 (39). С. 59-64.http://elibrary.ru/item.asp?id=22000406
12. Герасимов Ю.Ю., Селиверстов А.А., Суханов Ю.В., Сюнёв В.С. Основные факторы планирования производства древесного топлива из древесной биомассы // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. 2011. № 8. С. 77-80.
13. Григорьев И., Локштанов Б, Куницкая О., Гулько А. Повышение эффективности групповой механической окорки лесоматериалов. Часть 5. Размеры окариваемых лесоматериалов // ЛесПромИнформ. – 2013. – № 7 (97).
14. Зайцева М.И. Обоснование новой технологии переработки порубочных остатков в компонент субстрата для выращивания сеянцев с закрытой корневой системой // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Петрозаводский государственный университет. Петрозаводск, 2010 http://elibrary.ru/item.asp?id=19241216
15. Зайцева М.И., Девятникова Л.А., Никонова Ю.В., Колесников Г.Н. Информационные технологии в научно-исследовательской работе студентов технических факультетов // В сборнике: Информационная среда вуза XXI века Материалы VII Международной научно-практической конференции. Петрозаводск, 2013. С. 86-89.http://elibrary.ru/item.asp?id=20629088
16. Колесников Г.Н. Алгоритм декомпозиции линейной задачи дополнительности и его применение для моделирования соударений балансов в корообдирочном барабане // Resources and Technology. 2013. Т. 10. № 2. С. 111-138. http://elibrary.ru/item.asp?id=21517774
17. Колесников Г.Н., Васильев С.Б., Девятникова Л.А., Доспехова Н.А. Секция рольганга для сортировки транспортируемых лесоматериалов по длине // Патент на полезную РФ модель 117411. Опубликовано 05.12.2011.
18. Колесников Г.Н., Доспехова Н.А. Закономерности соударений и качество очистки балансов неодинакового диаметра в корообдирочном барабане // Фундаментальные исследования. 2013. № 10-15. С. 3328-3331.http://elibrary.ru/item.asp?id=22416535
19. Колесников Г.Н., Девятникова Л.А., Доспехова Н.А., Васильев С.Б. Уточненная модель влияния длины баланса, измельчаемого в дисковой рубительной машине, на размеры частиц древесной щепы // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГАУ, 2015. № 01(105). URL: http://ej.kubagro.ru/2015/01/pdf/22.pdf
20. Марков Б.Г., Марков О.Б., Доспехова Н.А. Геометрические аспекты контактного взаимодействия балансов в корообдирочном барабане // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. 2009. № 11. С. 64-71. http://elibrary.ru/item.asp?id=16990133
21. Никонова Ю.В. Обоснование конструктивно-технологических параметров корообдирочных барабанов с применением численного моделирования динамического взаимодействия балансов // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Петрозаводский государственный университет. Петрозаводск, 2009. http://elibrary.ru/item.asp?id=15942111
22. Никонова Ю.В., Раковская М.И., Доспехова Н.А., Зайцева М.И. Обзор исследований окорки древесины // Resources and Technology. 2014. Т. 11. № 1. С. 11-49. http://elibrary.ru/item.asp?id=22467716
23. Abdallah R., Auchet S., Méausoone P. J. A dynamic measurement of a disc chipper cutting forces // Biomass and Bioenergy. – 2014. – Т. 64. – С. 269-275.

Все статьи автора «Доспехова Наталья Анатольевна»