Круглые лесоматериалы как предмет труда при групповой окорке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Круглые лесоматериалы как предмет труда при групповой окорке

А.С. Васильев

Практически любое деревообрабатывающее производство требует обязательной окорки древесного сырья. При этом, как правило, проводится чистая окорка с использованием группового метода очистки древесины от коры.

Среди существующего оборудования для групповой окорки древесины благодаря своим хорошим технико-экономическим показателям (по сравнению с другими методами окорки) наиболее широко используется метод групповой очистки древесины от коры с использованием механического способа очистки, включающего в себя совокупность фрикционного и ударного взаимодействий бревен как друг с другом так и с рабочими органами окорочной установки. Примером реализации данного метода окорки могут служить окорочные барабаны, которые благодаря высокой производительности, хорошему качеству окорки, незначительным отходам древесины, наименьшим трудовым и материальным затратам получили широкое применение в целлюлозно-бумажной промышленности [1], [2], [3].

Окорочный барабан представляет из себя вращающийся полый цилиндр внутрь которого помещаются подлежащие окорке лесоматериалы.

Процесс окорки лесоматериалов в барабане начинается с их загрузки во внутреннюю полость барабана, причем рекомендуемый коэффициент заполнения барабана находится в пределах 0,5-0,6. В результате лесоматериалы, загруженные в барабан, в его поперечном сечении образуют сегмент заполнения. Затем при вращении барабана происходит поворот сегмента до критического угла наклона его поверхности при котором лесоматериалы, находящиеся в его наивысшей точке, начинают скатываться вниз в результате чего оказываются в низшей точке сегмента заполнения оттуда снова вовлекаются в движение сегмента и снова оказываются в его наивысшей точке [4].

В результате такого движения лесоматериалы испытывают ряд механических взаимодействий как друг с другом, так и с внутренней поверхностью барабана и его рабочими органами, которые приводят к деформациям сдвига, разрыва и перерезания волокон коры. Эти механические взаимодействия можно разбить на два вида: фрикционное и ударное.

Изучение влияния удара на процесс отделения коры от древесины [5] показало, что в результате ударного взаимодействия лесоматериалов друг с другом и о внутреннюю поверхность барабана с расположенными на ней рабочими органами происходит ослабление связи коры с древесиной и разрыв целостной поверхности коры на отдельные участки размеры которых определяются пятном контакта взаимодействующих поверхностей, а в результате фрикционного взаимодействия происходит окончательный отрыв участка коры. кора свойство ударный групповая

Установлено, что количество ударов, необходимых для окончательной утраты связи коры и древесины, а также разрыва целостной поверхности коры на отдельные участи зависит от ряда факторов среди которых основными являются толщина коры и сила ее сцепления с древесиной [6].

Как показал проведенный анализ научно-технической литературы физико-механические свойства древесины изучены достаточно хорошо. В справочной литературе можно без труда для различных пород древесины найти значения ее плотности, прочности при сжатии вдоль и поперек волокон, предела прочности при скалывании вдоль и поперек волокон, прочности при сдвиге, модулей упругости и модулей сдвига, характеризующих ее деформативность, ударной вязкости, твердости, износостойкости, а также удельные характеристики ее механических свойств, но при этом к настоящему времени еще не все физико-механические свойства коры изучены достаточно хорошо.

Для понимания сути процесса отделения коры от древесины при механической групповой окорке, а также совершенствования оборудования и определения оптимальных режимов его работы возникает необходимость в знании физико-механических свойств коры и силы ее сцепления с древесиной.

Как показало изучение процесса отделения коры от древесины на интенсивность и качество процесса окорки существенно влияют ее толщина, жесткость и сила сцепления коры с древесиной.

Для установления численных значений выше указанных параметров были проведены исследования по установлению зависимости толщины коры от диаметра ствола дерева. Исследования проводились в условиях сырьевой базы Петрозаводского лесхоза (Республика Карелия) на основных лесообразующих породах (ель, сосна, осина, береза) республики Карелия при рубках ухода: квартал - 55, выдел - 6, категория защитности - лесополоса зеленой зоны, средняя высота деревьев - 22,5 м, средний возраст - 115 лет, средний диаметр на высоте 1,3 м от поверхности земли - 28 см. Состав древостоя - 7Е 1С 1Б 1Ос. Количество деревьев по породам: ель - 13361, сосна - 1079, береза - 1056, осина - 776. Главные породы на данном участке - ель и сосна; второстепенные породы - береза и осина. Площадь участка - 25,1 га, рельеф - всхолмленный, почва - суглинистая. Вид рубок ухода - постепенные. Размещение пород по площади участка равномерное. Установленная для участка интенсивность рубки ухода - 25,5 % от исходного запаса, объем вырубаемой массы по породам на 1 га: ель - 39 м³; сосна - 7,3 м³; береза - 9,6 м³; осина - 8,4 м³.

Исследование проводилось на свежесрубленной древесине непосредственно после валки деревьев и очистки их от сучьев. Методика проведения исследований подробно описана в работе [7].

По результатам исследования была установлена связь между толщиной коры (h_k) и диаметром ствола (D) дерева в коре, которая описывается уравнением:

,

где K - коэффициент, зависящий от породы древесины (для ели K = 0,0281; сосны K = 0,0175; березы K = 0,0438; осины K = 0,0415).

Данное уравнение справедливо для деревьев, заготовленных при рубках ухода в условиях республики Карелия, при диаметре ствола в коре от 8 до 20 см.

Наглядно связь между диаметром бревна в коре и толщиной коры на соответствующем диаметре при рубках ухода в древостоях Республики Карелия представлена на рис. 1.

Для определения таких физико-механических свойств коры как жесткость и условный предел прочности на скалывание по камбиальному слою были проведены экспериментальные исследования с использованием оригинальной экспериментальной установки, позволяющей наносить акцентированные удары различной силы по бревну. Эта установка включает в себя сварную раму размером 11 м, с установленной на ней фермой высотой 1,5 м в верхней части которой смонтирована направляющая, обеспечивающая свободное перемещение в вертикальной плоскости штанги на торце которой установлена ударная пята. Штанга выполнена с возможностью крепления грузов различной массы для регулирования силы удара.

Рис. № 1. Зависимость толщины коры от диаметра ствола

Таблица № 1. Условный предел прочности коры на скалывание по камбиальному слою, МПа