Совершенствование технологии роторной окорки лесоматериалов путем оптимизации основных параметров процесса (стр. 1 )

На правах рукописи

ГАЗИЗОВ Асгат Мазхатович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РОТОРНОЙ ОКОРКИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА

05.21.01. – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт-Петербург – 2010.

Работа выполнена на кафедре технологии лесозаготовительных производств Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени

Научный консультант – доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Ведущая организация – Государственное образовательное

учреждение высшего

профессионального образования

«Московский государственный

университет леса»

Защита диссертации состоится «___» я 2010 г. в _______ на заседании диссертационного 212.008.01 в Северном (Арктическом) федеральном университете / Архангельск, набережная Северной Двины 17/.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «_____» сентября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время перед лесным сектором экономики РФ остро стоит ряд проблем, одной из которых, является повышение эффективности лесоэксплуатации и деревопереработки. Известно, что окорка древесины является одной из наиболее энерго - и трудоемкой операцией первичной лесопереработки, которая осуществляется на всех типах лесопромышленных складов.

Несмотря на многообразие различных расчетных схем по определению оптимальных технологических параметров окорки, следует признать, что теоретически, в рамках единой математической модели, взаимное влияние основных природно-производственных факторов и параметров управления на достижение качественных результатов окорки до настоящего времени изучено явно не достаточно. Наряду с этим, существующие методы расчета являются детерминированными и исходят из условия постоянства значений факторов влияния и параметров управления процессом окорки, тогда как эти величины в общем случае являются переменными и варьируются в широких пределах.

В результате выполнения окорки образуются значительные объемы отходов, которые в настоящее время не находят эффективного применения. Можно утверждать, что без возможности эффективной утилизации отходов, особенно при обработке хвойных пород, процесс окорки не может быть признан эффективным, иначе говоря, качественным. Данное утверждение наглядно подтверждается рядом составляющих известной петли качества. Учеными – лесохимиками разработаны технологические процессы утилизации отходов окорки хвойных пород, но для них требуется отдельно пробковый слой коры, и отдельно лубяной.

Эффективность выполнения окорки существенно сказывается на эффективности всей технологической цепочки лесопромышленного склада, имеющего такую операцию.

Развитие отраслевой науки должно быть направлены на создание «эффективной системы использования природных ресурсов». Именно это требование содержалось в одном из посланий Президента РФ Федеральному Собранию. Оно конкретизировано и развито в Концепциях развития лесного хозяйства и лесопромышленного комплекса, одобренных Правительством России. В Перечень Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в РФ, утвержденного Президентом РФ 21 мая 2006 г. Пр-843 включен пункт «Рациональное природопользование». Вышесказанное позволяет утверждать, что повышение эффективности окорки лесоматериалов является весьма актуальной проблемой.

Цель работы. Совершенствование технологии механической окорки лесоматериалов за счет обоснования основных параметров работы роторных окорочных станков для конкретных производственных условий.

Объект исследований. Кора и древесина основных лесорастительных пород.

Предмет исследования. Процесс механической окорки лесоматериалов в роторных окорочных станках.

Научная новизна работы. Разработанные и исследованные математические модели роторной окорки, отличающиеся оценкой параметров деформаций элементарного объема сплошной среды и обобщенных диаграмм Мора, позволяют оценить нормальные и касательные компоненты приведенного давления в толще массива коры и условия его разрушения на границе с древесиной различных пород.

Значимость для теории и практики. Математические модели роторной окорки и результаты их исследования углубляют теорию механической окорки круглых лесоматериалов и технологии лесозаготовительного и деревообрабатывающего производств. Предложенная методика расчета и управления основными параметрами процесса позволяет разрабатывать организационные, технологические и технические мероприятия, обеспечивающие стабильность качественных показателей окорки круглых лесоматериалов на роторных окорочных станках.

Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена: применением методов математической статистики; проведением экспериментальных исследований в лабораторных и производственных 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 Научной конференции профессорско-преподавательского состава БГАУ (Уфа, 1993 г.); Международной научной конференции «Лес - 2000» (Брянск, 2000 г.); Научно-практической конференции «Интеграция науки, образования и производства для развития лесного хозяйства и лесопромышленного комплекса» (Воронеж, 2001 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности и устойчивости развития АПК» (Уфа, 2005 г.); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Интеграция аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути решения» (Уфа, 2008 г.); Первой и второй международных научно-практических Интернет конференциях «Леса России в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2009 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2009 г.); Межвузовской научной конференции «Молодая мысль: Наука. Технологии. Инновации» (Братск, 2009 г.); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы лесозаготовительных производств, производства материалов и изделий из древесины: пиломатериалы, фанера, деревянные дома, заводского изготовления, столярно-строительные изделия» (Санкт-Петербург, 2009 г.); Всероссийской научно-практической конференции аспирантов, соискателей и докторантов (МГТУ, г. Майкоп, 2008 г.); и ежегодных научно-технической конференции Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени в 2007‑2009 гг. Часть материалов работы вошла в проект «Селективная окорка лесоматериалов», который по итогам конкурса на лучшие инновационные проекты в сфере науки и высшего образования в 2009 году, проводимого Комитетом по науке и высшей школе Санкт-Петербурга, признан победителем в номинации «Лучшая научно-инновационная идея». Часть материалов работы получена при выполнении НИР по государственному контракту П1209 по ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на годы», по направлению «Переработка и утилизация техногенных образований и отходов» в рамках мероприятия 1.3.1.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в сорока печатных работах, включая одну монографию. Десять статей опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов докторских диссертаций. Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах по НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы. Общий объем работы 350 страниц. Диссертационная работа содержит 93 рисунка, 26 таблиц. Список литературы содержит 319 наименований.

На защиту выносятся следующие положения:

·  Разработанная математическая модель роторной окорки, основанная на механизмах деформаций элементарного объема сплошной среды и построении обобщенных диаграмм Мора, позволяющая оценить нормальные и касательные компоненты приведенного давления в толще массива коры и условия его разрушения на границе с древесиной различных пород деревьев.

·  Установленные количественные соотношения зависимости величины приведенного давления от угловых, силовых и кинематических параметров управления процессом окорки, позволяющие произвести сравнительный анализ степени их влияния на достижение заданного качества отделения коры от древесины.

·  Детерминированный метод оценки влияния влажности, температуры, диаметра бревна, величины сбега на достижение необходимой и достаточной удельной силы окорки.

·  Метод расчета параметров селективной роторной окорки лесоматериалов при использовании типоразмерного ряда двухроторных окорочных станков, учитывающий отличительные особенности разрушения слоев корки и луба различной толщины, позволяющий обосновать выбор угловых и геометрических характеристик короснимателя в сочетании с силовыми параметрами, обеспечивающие процесс селективной окорки лесоматериалов.

·  Методика оценки экономической эффективности внедрения селективной окорки на предприятиях лесопромышленного комплекса.

·  Стенд для исследования процесса окорки лесоматериалов, предназначенный для измерения и регистрации показателей процессов, характеризующих режимы работы роторного окорочного станка и свойства массива коры лесоматериала.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована актуальность темы диссертационной работы, определена цель исследований, изложены научная новизна, значимость для теории и практики, сформулированы основные положения выносимые на защиту.

1. Состояние проблемы и задачи и исследования.

В разделе произведен обзор и анализ литературных источников по повышению качества и эффективности окорки. Рассмотрено место окорки в современных технологических процессах лесозаготовительного и деревообрабатывающего производства; дан сравнительный анализ способов окорки круглых лесоматериалов; выполнен анализ типоразмерных рядов роторных окорочных станков и их инструментального оснащения. Проанализировано влияние строения и состояния коры на параметры процесса окорки. Сделан обзор авторских свидетельств и патентов по окорочно-зачистным станкам и устройствам к ним. Критически проанализированы современные методы расчета параметров процесса окорки древесины.

Фундаментальный вклад в теорию окорки лесоматериалов внесли , , , и др. ученые СПбГЛТА, МГУЛ, ВГЛТА, ПетрГУ, ЦНИИМЭ, КарНИИЛПКа и др.

Анализ НИР показал, что, несмотря на многообразие различных расчетных схем по определению оптимальных технологических параметров окорки, теоретически, в рамках единой математической модели, взаимное влияние основных факторов и параметров управления на достижение качественных результатов окорки до настоящего времени изучено не достаточно. Существующие методы расчета являются детерминированными и исходят из условия постоянства значений факторов влияния и параметров управления процессом окорки, тогда как эти величины в общем случае являются переменными и варьируются в широких пределах.

На основании анализа сформулированы выводы и задачи исследования:

1.  Разработать и исследовать математические модели роторной окорки круглых лесоматериалов, с учетом механизмов деформаций элементарного объема сплошной среды, основанные на построении обобщенных диаграмм Мора.

2.  На основе построенной математической модели, получить количественные соотношения зависимости величины приведенного давления от угловых, силовых и кинематических параметров управления процессом окорки, позволяющие произвести сравнительный анализ эффективности их применения и степени влияния на достижение заданных качественных показателей отделения коры от древесины.

3.  Обосновать детерминированный метод оценки влияния влажности, температуры, диаметр бревна, величины сбега на достижение необходимой и достаточной удельной силы окорки.

4.  Для реальных производственных условий, при которых факторы влияния и параметры управления процессом окорки являются переменными величинами и варьируются в широких пределах, разработать вариационный метод расчета, устанавливающий допустимые диапазоны их вариаций, и пределы в которых обеспечивается стабильность качественных показателей окорки.

5.  Разработать метод расчета параметров процесса селективной роторной окорки лесоматериалов при использовании типоразмерного ряда двухроторных окорочных станков, учитывающий отличительные особенности разрушения слоев корки и луба различной толщины, позволяющий обосновать оптимальный выбор угловых и геометрических характеристик короснимателя в сочетании с силовыми параметрами.

6.  Разработать и изготовить стенд для измерения и регистрации основных параметров процесса роторной окорки круглых лесоматериалов.

7.  Экспериментальным путем исследовать процессы, возникающие при роторной окорке круглых лесоматериалов, с целью получения данных об адекватности разработанных математических моделей.

8.  Разработать показатели и методы оценки качества окорки круглых лесоматериалов.

9.  Разработать методику экономической оценки повышения качества окорки круглых лесоматериалов.

2. Методика оценки и управления эффективностью работы окорочного оборудования

В данной главе обоснована методика оценки и показателей эффективности работы окорочных станков, дана оценка качества окорки, рассмотрено применение петли качества для оценки работы окорочного оборудования, приведена методика управления качеством работы окорочного оборудования, выполнено обоснование необходимости внедрения селективной окорки круглых лесоматериалов. Установлено, что отделенные друг от друга в процессе окорки пробковый и лубяной слои коры основных лесообразующих древесных пород могут являться ценными полуфабрикатами для производства различных товаров для народного хозяйства. Показано, что до настоящего времени не разработано технологий эффективной утилизации отходов окорки хвойных деревьев, включающих пробку и луб.

3. Теоретические исследования процесса разрушения коры при роторной окорке древесины

При окорке круглых лесоматериалов в сложных условиях, характеризуемых факторами влажности (W,%), температуры (T,oC), большими диаметрами бревна (dб, м) и рядом других, эффективность процесса отделения коры при использовании роторных станков зависит от большого числа параметров, в ряде случаев противоположного действия. Основными из этой совокупности параметров являются угловые, силовые и кинематические параметры окорки.

Математическая модель процесса роторной окорки и исследование способов управления его параметрами

Рассмотрим процесс отделения коры от древесины с помощью скребкового короснимателя при следующих угловых параметрах (рис. 1, а). Примем в качестве угла окорки (резания)– угол δ>π/2 между передней гранью кулачка и плоскостью, касательной к поверхности бревна диаметром dб в месте контакта ее с рабочей кромкой, а за установочный угол резания δо > π/2 примем угол между передней гранью кулачка и плоскостью, проходящей через ось качания и рабочую кромку. Выбор угловых характеристик определяется: диаметром бревен dб и параметрами станка ‑ расстоянием от оси качания короснимателей до рабочей кромки (L) и диаметром оси ротора (R).

Отделение коры от древесины происходит путем реализации механизма сдвига под действием давления передней грани кулачка. Рассмотрим нормальную силу Fс, перпендикулярную к плоскости передней грани, и действующую на участок коры толщиной hк с площадью контакта Δs (рис. 1, б), величина которой зависит от геометрических и угловых параметров рабочей кромки короснимателя и диаметра бревна dб. Указанная сила связана с силой прижима короснимателя F1 соотношением:

. (1).

Нормальной силе Fс препятствуют две силы (рис. 1 б): Т1 ‑ сила трения коры о коросниматель

, (2)

где μтр ‑ коэффициент трения и Т2 ‑ сила внутреннего сцепления частиц коры (С):

, (3)

kφ=tgφ ‑ коэффициент внутреннего трения.

Суммируя силы Т1 и Т2 и, разделив результат на площадь контакта Δs, определим величину горизонтального давления qг.

Рис. 1. Схема разрушения массива коры:

а) взаимодействие короснимателя с корой; б) слой коры под давлением; в) предельные круги Мора; 1-древесина; 2- кора; 3-коросниматель; 4- окоренная поверхность

Зависимость давления qг от вертикального давления qв установим с помощью обобщенной диаграммы Мора с учетом уменьшения силы внутреннего сцепления вследствие сокращения площади контакта при увеличении сдвига частиц коры:

, МПа, (4)

где j ≤ bк ‑ сдвиг частиц коры, предельное значение которого равно величине подачи бревна Δ за 1 оборот короснимателя; bк – ширина снимаемой коры. Необходимо отметить, что в пределе отношение , т. е. оно является обратной величиной коэффициента перекрытия Kп.

Таким образом, анализ соотношения (4) показывает, что при деформации сдвига j= bк значение сил внутреннего сцепления снижается до нуля.

Диаграмма Мора для двух кругов предельных напряжений с диаметрами соответственно равными пределу прочности на разрыв σр и σсж представлена на рис. 1, в. Секущая Sт, проходящая через вершины А и В окружностей, в первом приближении представляет собой огибающую кругов Мора, т. е. угол ее наклона к оси Ох примем за φ (kφ =tgφ), а ординату точки пересечения с осью Оу ‑ за сцепление С. В этом случае, когда наряду с сжимающими (отрицательными) напряжениями присутствуют растягивающие (положительные), величины С и φ следует рассматривать не как истинные физические характеристики, а как параметры аппроксимированной диаграммы сдвига, отражающие влияние сцепления и угла внутреннего трения на развитие процесса разрушения.

Тогда получим соотношения для определения параметров С и kφ:

. (5)

Вертикальное давление qв, действующее на переменный слой hс коры, определим из решения задачи о вдавливании штампа (рис. 1, б).

Деформация (дифференциал dhс) элементарного слоя в направлении Z действия qв равна:

, (6)

где: Е – модуль общей деформации коры при отсутствии сдвига, равный начальному давлению q0 при hс=hr, где hr ‑ величина углубления рабочей кромки короснимателя в массив коры; ; ‑ геометрический параметр короснимателя (штампа).

Наряду с абсолютными значениями hс и hк будем рассматривать их относительные величины и .

Интегрируя выражение (6) по переменной Z в пределах деформируемого слоя, получим соотношение для определения вертикального давления qв с учетом коэффициента уплотнения ky, отражающего увеличение общей деформации массива коры при погружении ядра уплотнения:

. (7)

Коэффициент уплотнения может быть учтен через несущую способность среды, через коэффициент kφ внутреннего трения, и через коэффициент kпр пористости до начала деформации (kпр=1+ε0, где ε0 ‑отношение объема пор в массиве коры к объему твердых частиц) и его изменение в процессе линейного деформирования. Последний подход применительно к деформации коры наиболее целесообразен. Поэтому принимаем, что уплотнение происходит пропорционально величине .

Установленные соотношения (4) и (7) позволяют определить (рис. 1, б) приведенное давление ‑ интегральную характеристику нагрузки в произвольной точке массива коры под совокупным сжимающим действием вертикального и горизонтального давлений.

В качестве критерия качественного отделения коры принимается следующее условие: на границе раздела кора-древесина величина приведенного давления достигает величины предельной характеристики прочности на скалывание σск, т. е. должно выполнятся условие:

. (8)

Принимая во внимание, что значение σск коры отличается от аналогичной характеристики для древесины в 2‑10 раз, в зависимости от породы, влажности и температуры, можно заключить, что принятое условие (8) обеспечит качественную окорку на полную глубину без повреждения заболонного слоя древесины.

Для апробации разработанной модели были выбраны несколько пород древесины, отличающихся как по физико-механическим свойствам, так и по условиям деформирования в соответствии с диаграммами Мора. Для семи различных древесных пород был выполнен расчет С и kφ, который показал, что минимальной характеристикой сцепления обладает кора лиственницы, максимальной – осины и дуба. Кора хвойных деревьев характеризуется достаточно узким диапазоном изменения величины С=1,4‑1,61 МПа. Диапазон изменения величины внутреннего трения достаточно широкий и изменяется на порядок от минимального значения kφ=0,08 для осины до максимальной величины kφ=0,8 для коры березы.

Учитывая различия в плотностях, прочностных характеристиках и параметрах диаграмм Мора, для сравнительного анализа были выбраны три породы древесины: сосны, осины и березы. Выбор этих пород обусловлен и тем обстоятельством, что, основываясь на известных регрессионных уравнениях зависимости толщины коры hк от dб, при заданном диаметре бревна, в частности dб=0,4м, толщина их коры практически совпадает и равна соответственно hк=12,8, 12,1 и 12,4 мм. Это позволило на данном этапе исследований исключить при проведении сравнительного анализа фактор влияния диаметра бревна.

На рис. 2 представлен характер изменения вертикального qв, горизонтального qг и приведенного давлений в массиве коры березы с ростом толщины hс снимаемого слоя (% от толщины коры hк). Приведенные данные соответствуют следующим параметрам окорки свежесрубленного бревна диаметром dб=0,4м на станке ОК-63: скорость подачи uп=0,45 м/с; F1=800 Н; число короснимателей ‑ 4; число оборотов в минуту ‑ 135, частота вращения ротора – 2,7 с-1; L= 0,366 м, его задний и передний углы – соответственно 0,785 и 0,25 рад.; δ=2,02 рад.; радиус заточки ‑ 0,0015 м; hr=0,0016 м; bк=0,05 м; Kп =1, kпр=1,25, μтр=0,3. При таких параметрах удельная сила окорки достигает =22,17 кН/м.

Для данных условий окорки березы величина предела прочности σск коры поперек волокон по камбиальному слою при Т=0оС принимается равной 1,42, а древесины - 3,86 МПа. Таким образом, на основании анализа данных рис. 2 можно отметить, что достигнутое значение приведенного давления =0,81 МПа составляет лишь 57% от величины σск, т. е. условие (8) не выполняется и параметры окорки нуждаются в корректировке.

Рис. 2. Изменение давления в массиве коры березы:

1 ‑ изменение вертикального qв давления; 2 ‑ изменение горизонтального qг давления; 3 ‑ изменение приведенного давления

Сравнение, для аналогичных условий окорки, характера изменения приведенного давления в массиве коры для трех пород древесины: сосны, осины и березы показало, что величина σск для первых двух пород составляет, соответственно σск=0,33 и 0,79 МПа. То есть, принятые параметры окорки обеспечат выполнение условия (8) только для массива коры сосны. Причем в этом случае они нуждаются в существенной корректировке в сторону снижения величины . Для качественной окорки осины, в отличие от березы, требуется незначительное увеличение давления.

Рассмотрим три основных способа изменения величины (управления процессом разрушения массива коры) путем изменения: 1) угловых, 2) силовых, 3) кинематических параметров окорки.

Управление угловым параметром. Задаваясь диапазоном изменения угла окорки δ=1,74‑2,35 рад при фиксированных значениях остальных параметров, была получена функциональная логарифмическая зависимость величины от δ. Которая, в частности, показала, что для условий окорки березы, при постоянной силе прижима F1=800 Н, за счет изменения углового параметра удельная сила окорки изменялась от 8,6 до 35,87 кН/м. Однако достигнутое значение =1,21 составляет лишь 86% предельной характеристики прочности σск. И только увеличение силы F1 до 1000 Н (соответственно силы до 44,84 кН/м) обеспечивает выполнение условия (8).

Полученные результаты позволили провести исследования степени влияния угла окорки на выполнение критерия (8) для различных пород. Для этого необходимо установить зависимость безразмерной функции от размерного угла δ, после чего производная будет являться характеристикой искомой интенсивности (степени влияния). На рис. 3 представлены графики зависимости от δ для сосны, осины и березы. Линейный характер зависимостей позволяет сделать вывод о том, что производные являются угловыми коэффициентами прямых и составляют соответственно 3,74, 1,07 и 3,24. Эти данные показывают, в частности, что при прочих равных условиях окорка сосны и березы характеризуется существенно большим влиянием углового фактора, чем окорка осины.

Управление силовым параметром. На рис. 4 для условий окорки березы представлен функциональный линейный характер изменения приведенного давления от силы F1. Как видно, увеличение F1 до 1600 Н обеспечивает выполнение критерия (8). Удельная сила составила =44,33 кН/м. Этот результат, при его сравнении с соответствующим показателем =44,84 предыдущего (углового) способа управления, свидетельствует о том, что параметр является характеристикой сопротивления массива коры разрушающему действию короснимателя и не зависит от способа управления процессом окорки. Результаты исследований по установлению степени влияния силы прижима F1 на процесс окорки по аналогии с влиянием угла δ представлены на рис. 5, где отложены значения относительного критерия , и F1, Н.

Рис. 3. Влияние угла окорки на процесс разрушения коры:

1 – сосны; 2 – осины; 3 ‑ березы

Рис. 4. Зависимость величины приведенного давления от силы прижима

Сравнивая данные рис. 5 и 3, отметим качественное совпадение влияния параметров управления, при имеющихся двух количественных отличия: во-первых, изменилась в сторону увеличения пропорция степени относительного влияния (отношение угловых коэффициентов прямых) и, во-вторых, диапазон изменения для углового параметра (=1‑2,9) значительно шире соответствующего диапазона для силового (=1‑1,8). Это означает, что результаты процесса разрушения коры в большей степени зависят от изменения угловых параметров, чем силовых.

Управление кинематическим параметром. Зафиксируем угол окорки и силу прижима: δ=1,74, F1=800Н. Переменной величиной является скорость uп подачи бревна в диапазоне uп=0,25‑0,45м/с (Kп =1‑2).

Рис. 5. Влияние силы прижима на процесс разрушения коры:

1 – сосны; 2 – осины; 3 ‑ березы

На рис. 6 в рамках вышеотмеченных (рис. 3 и 5) обозначений для трех пород древесины представлены , и uп. Как видим, кинематический параметр при окорке осины по степени влияния существенно превысил аналогичные результаты для сосны и березы, тем самым, компенсируя слабое влияние углового и силового параметров. Необходимо отметить уменьшение пропорции степени относительного влияния, т. е. кинематический параметр уменьшает дифференциацию в развитии процесса разрушения коры различных пород. В тоже время, диапазон изменения расширился до значения =1‑4,5, что свидетельствует о том, что данный параметр оказывает существенное влияние на процесс разрушения коры.

Рис. 6. Влияние скорости подачи на процесс разрушения коры:

1 – сосны; 2 – осины; 3 – березы

Таким образом, разработанная модель позволяет исследовать развитие процесса разрушения коры различных пород, с учетом изменения и взаимного влияния угловых, силовых и кинематических параметров роторной окорки. Основываясь на данной модели, представляется возможным исследовать влияние основных факторов (влажности, температуры, диаметра и др.) и их вариаций на эффективность процесса роторной окорки различных лесоматериалов.

Модель влияния влажности на разрушение коры при роторной окорке

По своей структуре, как известно, кора деревьев представляет собой многослойный материал, состоящий из корки, луба и камбия. С позиции механики сплошных сред каждый слой и кора в целом представляют собой трехкомпонентную среду, содержащую: 1) твердую (перидерма, рыхлая паренхима, каменистые клетки, волокна); 2) жидкую (вода, при низких температурах – лед); 3) газообразную (защемленный воздух) компоненты.

Известно, что кора легко отделяется при положительных температурах, а также при влажности не менее 40‑50%. Однако процесс образования окоренной поверхности сухого или мерзлого сырья усложняется и характеризуется проявлением слабо изученных механизмов смятия, уплотнения коры с последующим сдвигом вдоль плоскости раздела кора-древесина.

Таким образом, на процесс отделения коры, помимо соотношения деформационных и прочностных характеристик, оказывают влияние ее влажность (W,%) и температура (То, С), поскольку вода и лед обладают различной сжимаемостью. Наряду с этим агрегатное состояние влаги характеризуются проявлением отличных друг от друга упругопластических и вязких свойств, что существенно изменяет прочность адгезионных связей между твердыми компонентами коры и заболонного слоя древесины.

На данном этапе исследований была дана оценка влияния влажности на развитие процесса разрушения коры. В результате статистической обработки физико-механических свойств коры различных древесных пород установлено, что существует корреляционная связь между величинами σсж и ρk, тогда как между σр и ρk она статистически не значима. В результате расчетов была установлена зависимость увеличения относительной величины предела прочности на сжатие от относительного увеличения плотности по сравнению с начальным состоянием, которую с коэффициентом детерминации R2= 0,63 можно выразить в виде: