Исследование отдельных подходов к конструированию устройства для переработки порубочных остатков

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты исследования отдельных подходов в сфере конструкций  устройства для переработки порубочных остатков. Систематизированы общие результаты исследований по данным направлениям. Выделены наиболее важные аспекты, предельное внимание к которым позволяет реализовывать ключевую задачу – эффективно перерабатывать порубочные остатки. Полученные результаты предполагается использовать для разработки инновационной конструкции данного типа устройств.

ABSTRACT

The article presents the results of a study of individual approaches in the field of device designs for processing felling residues. The General results of research in these areas are systematized. The most important aspects are highlighted, the utmost attention to which allows us to implement the key task-to effectively process felling residues. The results obtained are expected to be used to develop an innovative design of this type of device.

Ключевые слова: лесозаготовка; порубочные остатки; переработка; конструкция машин; технология.

Keywords: logging; felling residues; processing; machine construction; technology.

Широкое применение устройств и машин, используемых для переработки порубочных остатков, повлекло за собой появление научных работ, посвященным особенностям конструкции размалывающих машин и технологии размола порубочных остатков. Большинство работ относятся к технологии переработки порубочных остатков и конструкции размалывающих машин. В данной работе предполагается обобщить наиболее интересные с авторской точки зрения подходы к конструированию устройства для переработки порубочных остатков.

Проведенное исследование позволило выявить ключевые направления разработок в сфере конструкций устройства для переработки порубочных остатков. Полученные результаты предполагается использовать при получении авторской разработки по данной тематике. По результатам исследования можно выделить следующие функции, реализации и исполнению которых на разрабатываемом авторским коллективом механизме должно придаваться первостепенное значение:

- захватные механизмы (сбор, сортировка, временное хранение при транспортировке и др.);

- режущий инструмент (для порубочных остатков) - ножи;

-  механизм организации переработки;

- механизм хранения продуктов переработки;

- механизм транспортировки получаемых продуктов (дополнительные камеры и отсеки в лесовозной и иной технике и др.)

Данные характеристики предполагается использовать в качестве основных критериев для оценки эффективности переработки порубочных остатков древесины. В тоже время в настоящее время существует ряд разработок, которые необходимо детально проанализировать для оценки различных аспектов при разработке авторского инновационного устройства.

Среди множества актуальных исследований можно выделить работу Кормилицына О.В.  [5], в которой он предлагает использовать разработанную им технологию для процесса переработки порубочных остатков. Данная технология заключается в том, что после сбора и сортировки порубочных остатков измельчение происходит гриндером и чиппером, посредством чего получается компост и древесная щепа соответственно. Данная технология имеет недостатки, связанные со сбором и транспортировкой порубочных остатков на специально отведенную территорию. Таким образом, транспортировка – важная задача, решению которой должно быть уделено отдельное внимание авторами данной работы.

Также интересны исследования Цыгаровой М.В. В части своих работ [6] она предлагает оснастить манипулятор форвардера захватно-режущим механизмом. Благодаря нему спиленные деревья разрезаются на разноразмерные отрезки. Далее их совместно с ветвями и сучьями перегружают на форвардер (соответствующую площадку-платформу). Также в ее исследованиях просматривается вопрос об утилизации порубочных остатков. Очевидно, как показывает автор, что транспортировка массивной рубительной установки на лесную территорию при небольших объемах имеющегося сырья, отличается невысокой рентабельностью или вовсе убыточна. При этом ключевая проблема при использовании ветвей и сучьев для получения щепы – это их малая полнодревесность. Также весома проблематика вывозки столь дешевого сырья (из которого получается, соответственно, дешевая продукция) к местам переработки вне леса. Автором предлагается разработка техники, связывающей все необходимые отходы растительного происхождения в непрерывную фашину. Далее полученный результат разрезается отдельными пучками с необходимой длинной (в зависимости от транспортной техники – 5-8 м). Очевидны достоинства получаемых пучков – оптимальные загрузка при транспортировке, погрузочно-разгрузочные и лесоскладские работы, а также переработка в необходимую продукцию. Анализ работ автора указывает на необходимость отдельного внимания к транспортировке (о ней говорилось и выше), а также к проблематике захватных и режущих инструментов при работе с порубочными остатками.

В работе [4] Кондрашов Р.Н. говорит о том, что существующее оборудование в виде шредеров и измельчителей, предназначенных для измельчения любых древесных отходов, не в полной мере удовлетворяют условиям переработки отходов лесозаготовок в щепу. В результате работы такого оборудования получается древесные частицы с высоким разбросом размеров, что не соответствует параметрам щепы. Для решения данной проблемы Кондрашов Р.Н. предлагает в существующую систему предприятий по комплексному использованию древесины включить инновационный мобильный многорезцовый рубительный агрегат, позволяющий перерабатывать разнородные лесосечные древесные отходы в используемую для разнообразных целей кондиционную щепу. Таким образом, вновь подтверждается необходимость учета в разрабатываемом авторским коллективом устройстве отдельного внимания к режущему инструменту.

В работе [1] коллектив авторов указывает на то, что при разработке лесосек остается значительное количество древесины в виде сучьев, веток, вершин, обломков, валежника и тонкомера, сбор и утилизация которых позволяет получить ценное сырье, которое в дальнейшем возможно использовать для выпуска широкого ассортимента товаров. В частности могут быть получены технологическая щепа, продукция химической и химико-механической переработки древесных ресурсов. Авторы указывают, что необходимо для производственных нужд привлекать машину для расчистки лесосек от порубочных остатков. Она должна содержать смонтированные на самоходном шасси манипулятор, рубительную установку с щепопроводом и кузов со специальными мягкими контейнерами. Однако у данной установки имеется недостаток - при заполнении контейнеров их транспортируют к месту дальнейшей переработки щепы, при этом имеют место высокие энергетические и материальные затраты по выполнению погрузочно-разгрузочных и транспортных работ, что повышает удельные затраты на изготовление щепы. Таким образом, вновь поднимается вопрос транспортировки и, частично, организации работ по использованию порубочных остатков и их хранения.

В работах авторского коллектива (Зырянов М.А., Мохирев А.П. и др.) предлагается использовать новую конструкцию ножевой размалывающей установки, позволяющей получать древесноволокнистую массу в одну степень. Отличительной особенностью является размол в три стадии. Первая стадия осуществляется в зазоре между ножом фрезы ротора и контрножом, где происходит размол крупных частиц. Вторая стадия осуществляется во впадине между рифлеными планками. Третья стадия осуществляется в зазоре между ножом фрезы ротора и зубьями рифлёной планки, где происходит завершающий размол и выход древесноволокнистой массы в отверстие. Предлагаемая ножевая размалывающая установка позволяет получить древесноволокнистую массу требуемого морфологического состава при высокой производительности процесса размола и минимуме затрат энергии.

В своей работе Гребенкина З.И. [2] предлагает следующую технологию получения древесной муки: крупные отходы древесины подвергают предварительному измельчению с целью выравнивания размера испытываемых образцов. Подготовленное сырье подают в пропарочную камеру, выдерживают 73 две минуты в среде насыщенного водяного пара при давлении 1,2 МПа, размалывают при этих же условиях в дисковой мельнице. В размолотую влажную массу вводят 0,1 масс.ч. моногидрата серной кислоты на 100 масс. ч. абсолютно сухой древесины, то есть двадцать килограммов пятипроцентного раствора на одну тонну абсолютно сухой древесины. Выдерживают три минуты при этих же условиях. Аморфная часть древесины при этом деструктирует и переходит в водорастворимое состояние. Продукты разложения извлекают водой. Отфильтрованный остаток подвергают сушке до влажности 4,3 %, в двухступенчатой сушилке и подается в мельницу для размола до требуемой дисперсности. Древесная мука, полученная таким способом может быть использована, например, в производстве древесных пластиков. Важным в данном аспекте для разрабатываемой авторами установки является организация эффективного процесса переработки, учета технологических параметров.

В работе [3] предлагается заменить традиционный способ получения древесной муки (двух-стадийное измельчение) на более энергоемкий способ. Предлагаемая технология получения древесной муки, включающая деструкцию, сушку, измельчение и сортировку растительного сырья, в котором в качестве растительного сырья используются предварительно измельченное до размеров частиц 5-7 мм древесное сырье, а сушку, измельчение и сортировку проводят одновременно, при этом сушку и измельчение ведут во вторичных потоках энергоносителя. Недостатком разработки является то, что в качестве деструктирующего фактора используется 0,1-1,0%-ный раствор серной кислоты, которым пропитывается древесины. Помимо ряда технических ограничений в данном случае возникают существенные экологические риски. Данная работа также указывает на необходимость и определенные принципы организации процесса переработки древесных отходов, что должно быть использовано авторами данной статьи.

Проект «Разработка и внедрение эффективной технологии комплексной переработки лесосечных отходов» проведен при поддержке Красноярского краевого фонда науки». Исследование выполнено при поддержке гранта Президента РФ - для молодых ученых - кандидатов наук МК-1902.2019.6.

Список литературы:

1. Воскобойников И.В., Кондратюк В.А., Кондратюк Д.В., Крылов В.М., Пашков В.П., Сусло И.П. Машина для очистки лесосек от порубочных остатков // Патент на изобретение RU 2583639 C1, 10.05.2016. Заявка № 2015118904/13 от 20.05.2015.
2. Гребенкина З.И. Способ получения древесной муки // В сборнике: Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция "Общество, наука, инновации" (НТК-2012). Сборник материалов: Общеуниверситетская секция, БФ, ГФ, ФЭМ, ФАВТ, ФАМ, ФПМТ, ФСА, ХФ, ЭТФ. Ответственный редактор: Литвинец С.Г., 2012. С. 72-73.
3. Еперин А.П., Климентов А.С., Карраск М.П., Шевченко В.Г., Шмаков Л.В., Казарновский А.М. Способ получения древесной муки // Патент на изобретение RU 2088108 C1, 27.08.1997. Заявка № 95114838/13 от 16.08.1995.
4. Кондрашов Р.Н. Способы переработки порубочных остатков // В сборнике: Инновации в химико-лесном комплексе: тенденции и перспективы развития. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Ответственные редакторы Ю.А. Безруких, Е.В. Мельникова. 2019. С. 199-203.
5. Кормилицына О.В., Бондаренко В.В. Опыт использования технологии переработки порубочных остатков с получением вторичной продукции // Леса России: политика, промышленность, наука, образование: Материалы третьей международной научно-технической конференции. – СПб.: Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, 2018. – С. 289-292.
6. Цыгарова М.В. К вопросу о переработке порубочных остатков при заготовке древесины // Вестник Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. Т. 4. С. 290-293.