Обоснование технологии и оборудования для освоения и переработки древесины прибрежной зоны и ложа водохранилищ

5.1 Производство пиломатериалов

На основании результатов подробного анализа существующих схем раскроя бревен на пиломатериалы, и особенностей их качественных характеристик, были определены наиболее оптимальные схемы раскроя топляковой и затопленной древесины. В частности установлено, что только применение методик распиловки топляковой и затопленной древесины с получением ядровых пиломатериалов позволяет получить положительный экономический эффект даже при снижении объемного выхода пиломатериалов. Кроме того, большой рост объема выручки достигается для радиальных пиломатериалов благодаря большой разнице цен на радиальные пиломатериалы, выпиленные из различных зон бревна.

В этом же разделе работы был выполнен подробный анализ оборудования для выработки пиломатериалов, исходя из особенностей размещения предмета труда. Установлено, что для переработки топляковой и затопленной древесины на пилопродукцию наилучшим образом могут быть использованы как береговые производственные площадки, так и палубы плавучих платформ, барж и т.д. В том и в другом случае, в зависимости от конкретных условий производства, лесопильное оборудование может быть передвижным или стационарным. Однако, учитывая быстро меняющиеся условия заготовки древесины, ее объемы, изменения рельефа береговых площадок, наличие и отсутствие сухопутного сообщения между перерабатывающим участком и потребителем, можно рекомендовать к преимущественному использованию передвижные лесопильные установки.

5.2 Производство измельченной древесины

Установленные в главе 3 особенности химических свойств топляковой и затопленной древесины делают ее весьма ценным сырьем для целлюлозно-бумажного производства. Кроме этого на этой древесине практически отсутствуют минеральные включения, неизбежные при наземной заготовке, древесная зелень и кора, которая отпадает в период длительного нахождения деревьев в воде. Все это позволяет утверждать, что переработка топляковой и затопленной древесины на технологическую щепу является одним из наиболее перспективных путей ее использования.

Особенности природно-производственных условий, а именно _ растянутый вдоль береговой линии фронт заготовки топляковой и затопленной древесины предопределяет использование мобильной системы машин для ее переработки (или установки техники на суда). Поэтому использование стационарных рубительных машин на стационарных фундаментах возможно только в том случае, если вдоль береговой линии уже имеется достаточно разветвленная сеть всесезонных дорог, по которым возможна вывозка деревьев или хлыстов с концентрацией их на своеобразном верхнем складе. Однако и в этом случае использование стационарных машин в большинстве случаев будет нерациональным, так как вследствие относительно малых объемов заготавливаемой с единицы длины береговой линии топляковой и затопленной древесины расстояние между лесосечной зоной и зоной первичной переработки древесины будет быстро увеличиваться, что вызовет прогрессирующий рост транспортных расходов. В еще большей степени это относится к переработке лесосечных отходов.

В силу вышеизложенного, первичная переработка топляковой и затопленной древесины и, в частности, ее измельчение, целесообразно осуществлять с использованием передвижных установок. При отсутствии лесовозных дорог рубительная машина может быть установлена на подготовленной береговой площадке с минимальным удалением от уреза воды и возможностью транспортировки щепы в емкости плавучего щеповоза. Возможна установка передвижной рубительной машины и непосредственно на судне.

5.3 Модифицирование древесины

Основываясь на результатах фундаментальных трудов в области технического древесиноведения П.Н. Хухрянского, В.В. Вихрова, В.И. Патякина, В.М. Иванова, В.А. Баженова, В.А. Шамаева, В.Е. Москалевой, Б.И. Огаркова, В.М. Хрулева, А.Р. Бирмана в которых были заложены теоретические основы модифицирования древесины, также на результатах выполненного анализа, в качестве методических основ модификации топляковой и затопленной древесины, можно отметить, что наиболее предпочтительными путями ее модификации являются термо-механический и химико-механический способы модифицирования, так как деструктуированную древесину наиболее целесообразно модифицировать уплотнением.

Для обеспечения прессования переувлажненной топляковой и затопленной древесины без ее предварительной пластификации в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии был разработан способ уплотнения древесины с использованием механических колебаний высокой интенсивности, которые обеспечивают интенсификацию процесса уплотнения за счет воздействия нескольких физических эффектов, таких как акустические потоки, давлении, кавитация и др.

Ультразвуковые технологии при уплотнении переувлажненного древесного сырья могут быть реализованы на базе семейства многофункциональных ультразвуковых аппаратов, способных обеспечить на рабочих поверхностях прессформ колебания с интенсивностью 3-10 Вт/см² и амплитудой колебаний 30-70 мкм и частотой 22 кГц.

При уплотнении древесины в поле ультразвуковых колебаний ее плотность может достигать до 1,4-1,45 г/см³. При такой плотности древесина воспринимает усилия почти одинаково во всех направлениях, то есть превращается в качественно новый материал, из которого могут быть изготовлены детали различного назначения, позволяющие значительно увеличить надежность узлов, в которых они используются, а также сократить потребность в дорогостоящих материалах - сплавах цветных металлов и др.

5.4 Получение высококачественного древесного угля

Результаты анализа научных разработок позволяют утверждать, что весьма перспективным технологическим процессом, основанным на переработке топляковой и затопленной древесины, модифицированной уплотнением, является производство древесного угля на базе современных установок «ПАРМА», «ПОЛИКОР-2», «С. 86» и др. Возможно и использование передвижных модулей «ПОЛИКОР-2», «ПОЛИКОР-3» непосредственно на месте заготовки.

Модификация древесины уплотнением способствует устранению механических повреждений структуры древесного угля, который по своей природе не является сплошным телом; обычно он имеет большое количество трещин, происхождение которых весьма разнообразно. Часть трещин образуется еще в процессе роста дерева, но гораздо больше их образуется в процессе хранения до начала переработки. В наибольшей степени это относится к топляковой и затопленной древесине.

Широкое применение технологий модификации топляковой и затопленной древесины позволит в ближайшее время значительно расширить сырьевую базу и увеличить объемы производства высококачественного активированного угля, расширить сферы его потребления, решить проблему очистки не только сточных, но и промышленных вод, используя при этом возобновляемое, экологичное и экономически доступное сырье.

По результатам работы над данным разделом диссертации были сделаны следующие выводы:

1. При выработке пиломатериалов из топляковой и затопленной древесины рекомендуются к использованию передвижные круглопильные и многопильные станки, обеспечивающие брусово-развальный и брусово-сегментный комбинированный способы раскроя.

2. При выработке щепы система машин по переработке топляковой и затопленной древесины должна включать рубительные машины передвижного типа: дисковые - для переработки стволовой древесины, барабанные - для переработки лесосечных отходов.

3. С целью получения качественной технологической щепы в дисковых рубительных машинах рекомендуется использование дисков с геликоидальной поверхностью и скоростью резания не более 20-25 м/с; барабанные рубительные машины рекомендуется использовать с принудительной подачей сырья.

4. Наиболее перспективным направлением модифицирования уплотнением топляковой и затопленной древесины является создание деталей узлов трения и высококачественного древесного угля.

Рекомендуемые степени уплотнения е древесины мягких лиственных пород: для деталей узлов трения е ? 2; для древесного угля 1,2 ? е ? 2.

Общие выводы

В результате выполненных исследований можно сделать следующие выводы и рекомендации.

1. Решена проблема обоснования технологии и оборудование для освоения и переработки древесины в прибрежной зоне и ложе водохранилища.

2. Объем затопленной в Братском водохранилище древесины превышает 1млн.100тыс. мі, что делает экономически целесообразным ее освоение.

3. Закономерности ветроволнового воздействия на древостой позволяют прогнозировать ежегодные поступления древесины в ложе водохранилища.

4. Приняв закон распределения древостоя в прибрежной зоне пуассоновским, установлены закономерности доступности древостоев и рекомендовано технология освоения древесины при условии сохранения подроста.

5. При валке леса бензомоторными пилами сохранность подроста и тонкомера составляет 90 - 95%, при валочно-пакетирующей технологии с укладкой спиленных деревьев на волок обеспечивается сохранность подроста 60 - 80%.

6. Установлены усилия выдергивания деревьев в зависимости от диаметров в комле, породы и периода эксплуатации водохранилища.

7. Результаты обработки экспериментальных данных и сравнительного анализа данных обработки аналитических зависимостей при помощи прикладных программ показывают на их удовлетворительную сходимость.

8. Физико-механические свойства затопленной древесины на 24,6 - 31,6% ниже, чем свежесрубленной: в среднем значение прочности затопленной древесины у лиственницы составило 74,5 - 81,1МПа, сосны 63,9МПа, 56,1МПа.

9. Химический состав затопленной древесины даже через 37лет эксплуатации водохранилищ практически не изменился.

10. Рекомендованы эффективные технологии и оборудование для заготовки древесины в пребрежной зоне и ложе водохранилища.

11. Достоверность выводов и результатов исследований обеспечивается применением теории планирования эксперимента системного анализа, математического моделирования и удовлетворительной сходимостью результатов полученных в производственных условиях.

12. При выработке пиломатериалов из переувлажненой древесины необходимо применять наиболее эффективные и менее энергоемкие способы механического обезвоживания.

13. При выработке щипы система машин по переработке переувлажненой древесины должна включать рубительные машины передвижного типа: дисковые - для переработки стволовой древесины, барабанные для переработки лесосечных отходов.

14. Наиболее перспективным направлением модифицирования является уплотнение переувлажненой древесины с целью получения узлов трения и высококачественного древесного угля.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Иванов В.А., Угрюмов Б.И. Обоснование технологии по сбору затопленной и стоящей древесины на корню в условиях Братско-Усть-Илимского водного бассейна. Тезисы докл. Всероссийской НТК «Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов», МГУЛ, М., 1994 -136 с. Т. 1

2. Рунова Е.М., Иванов В.А., Угрюмов Б.И. Изготовление торцевого паркета из хвойных и мягко лиственных пород древесины. НПК «Жилище и человек» Тезисы докл. - Братск, АО «Братская ярмарка»: Братск, 1994. - 72 с.

3. Угрюмов Б.И., Иванов В.А., Шпигарь В.А. Пути решения экологической проблемы водохранилищ Сибири. ХVI НТК: Тезисы доклада-Братск. - БрИИ, 1995. -166 с.

4. Рунова Е.М., Иванов В.А., Угрюмов Б.И., Шпигарь В.А. Организация производства торцевого паркета из отходов лесозаготовок. «Жилище: проблемы и возможности»: Сб докладов НПК.- Братск, Изд-во. БрИИ, 1995. - 173 с.

5. Рунова Е.М., Иванов В.А., Угрюмов Б.И., Шпигарь В.А. Организация производства торцевого паркета из отходов лесозаготовок. Проблемы экспериментальной зоны чрезвычайной экологической ситуации, пути и способы их решения: Сб. докладов.-Братск: БрИИ, 1996. - 274 с.

6. Рунова Е.М., Иванов В.А., Угрюмов Б.И. Технология изготовления товаров народного потребления из низкокачественной древесины. Переработка растительного сырья и утилизация отходов: Сб. трудов.- Вып. 2 - Красноярск: КГТА, 1995. - 267 с.

7. Иванов В.А., Угрюмов Б.И. К вопросу возникновения топляков и перспективных технологий их освоения. Труды БрИИ: Материалы XIX НТК. - Братск: БрИИ, 1998. - 298 с.

8. Патякин В.И., Рунова Е.М., Иванов В.А., Жук А.Ю. Прогнозирование переформирования берегов водохранилищ на примере залива Зяба Братского водохранилища. Братск: БрГТУ, 2001.-13 с. Деп. в ВИНИТИ от 05.03.01 № 554-В2001.

9. Иванов В.А. Теоретические исследования извлечения стоящих деревьев в ложе водохранилища. Братск: БрГТУ, 2001.-9с. Деп. в ВИНИТИ от 05.03.01 № 553-В2001.

10. Иванов В.А. Количественная оценка затопленного на корню древостоя Братского водохранилища и технология его заготовки. Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса: Тез. докл. междунар. науч. техн. конф./Урал. гос. лесотехн. акад. Екатеринбург, 2001. 212 с.

11. Рунова Е.М., Иванов В.А., Тощакова Н.А., Мамысева А.А Исследование свойств затопленной на корню древесины. ХХII НТК БрГТУ: Матер. конференции. - Братск: БрГТУ, 2001. - 280 с.

12. Рунова Е.М., Иванов В.А., Сергеев А.Д. Свойства древесины, затопленной на корню в ложах водохранилищ. Московский государственный университет лесажурнал «Лесной вестник» - 2001, 216.

13. Рунова Е.М., Иванов В.А. Моделирование процессов переформирования берегов водохранилищ. Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ: Меж. вуз. темат. сб. тр. Вып.7/СПбГАСУ.- СПб., 2001. - 284с.

14. Иванов В.А. Теоретические исследования заготовки деревьев в ложе водохранилища. Братск.гос.ун-т, - Братск, 2006-6. Деп.в ВИНИТИ 16.11.2006 № 1400-В2006.

15. Иванов В.А., Ичев Д.А Перспективная технология заготовки леса. Труды Братского государственного университета: Серия Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири. Том 1. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2006. - 123с.

16. Мурашкин Н.В., Патякин В.И., Григорьев И.В., Иванов В.А. и др. Комплексная экономическая оценка применения канатных трелевочных установок. СПб.: СПбГЛТА, 2006 - 200с.

17. Иванов В.А. Экспериментальные исследования усилий извлечения деревьев, затопленных на корню в ложе водохранилища. Вестник КрасГАУ. - 2007. - № 1(16) - с. 210-215.

18. Иванов В.А., Вовченко Н.Д. Переработка топляковой древесины в береговой зоне. Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 18. Брянск: БГИТА, 2007.-167 с.

19. Попов А.Д., Иванов В.А., Тамби А.А. Влияние схемы раскроя на выход пиломатериалов из затопленной и топляковой древесины. Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 18. Брянск: БГИТА, 2007.-167 с.

20. Иванов В.А., Вовченко Н.Д. Оборудование для измельчения топляковой и затопленной древесины. Труды Братского государственного университета: Серия Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири. Том 1. - Братск ГОУ ВПО «БрГУ», 2007.-119 с.

21. Иванов В.А., Попов А.Д. Получение пилопродукции из топляковой древесины. Труды Братского государственного университета: Серия Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири. Том 1. - Братск ГОУ ВПО «БрГУ», 2007.-119 с.

22. Иванов В.А., Некрасов С.Н. Использование модифицированной топляковой древесины. Труды Братского государственного университета: Серия Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири. Том 1. - Братск ГОУ ВПО «БрГУ», 2007.-119 с.

23. Иванов В.А. Моделирование процесса заготовки деревьев стоящих в воде. Вестник КрасГАУ.-2007.-№3(18)- с.54 -55.

24. Иванов В.А., Попов А.Д. Влияние физико-химических свойств топляковой древесины на получение пиломатериалов. Вестник КрасГАУ.-2007.-№4(19) - с. 227-229.

25. Иванов В.А. Техника и технологии рационального лесопользования в береговой зоне водохранилищ. (Монография). Типография «Падунская» г.Братск.-2007.-115 с.

26. Иванов В.А., Сухих А.Н. Технология лесопиления в перестойных хвойных насаждениях береговой зоны и получения радиальных пиломатериалов. Вестник КрасГАУ.-2007.-№4(19) - с. 154-158.

27. Иванов В.А., Вовченко Н.Д. Мобильные рубительные машины для переработки топляковой и затопленной древесины. Братск.гос.ун-т,-Братск, 2007.-12с.: Деп. В ВИНИТИ 24.07.2007 №764-В2007.

28. Иванов В.А., Попов А.Д. Оборудование для выработки пиломатериалов из топляковой и затопленной древесины. /Братск.гос.ун-т,-Братск, 2007.-17с.: Деп. В ВИНИТИ 24.07.2007 №765-В2007.

29. Иванов В.А., Некрасов С.Н. Модифицированная древесина, как сырье для высококачественного древесного угля. /Братск.гос.ун-т,-Братск, 2007.-12с.: Деп. В ВИНИТИ 24.07.2007 №767-В2007.

30. Иванов В.А., Некрасов С.Н. Технология и оборудование изготовления модифицированной топляковой древесины. Вестник КрасГАУ.-2007.-№4(19) - с. 152-154.

31. Иванов В.А., Некрасов С.Н. Изготовление деталей из уплотненной древесины сибирской лиственницы. Вестник КрасГАУ.-2007.-№5(20) - с. 232-236.

32. Динамика воздействия волн водохранилищ на деревья береговой зоны. Вестник КрасГАУ.-2007.-№6(21) - с. 170-173.

33. Базаров С.М., Иванов В.А. Ветровое воздействие на древостои береговой зоны водохранилищ. Вестник Иркутского Государственного Технического Университета. Том 1.2007. №1 - с. 202-205.

34. Иванов В.А., Ичев Д.А. Рациональное лесопользование в неосвоенных районах Восточной Сибири. Труды Братского государственного университета: Серия Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири. Том 1. - Братск ГОУ ВПО «БрГУ», 2007.-119 с.

35. Базаров С.М., Иванов В.А., Беленький Ю.И. Математическая модель повреждения подроста при работе машинных технологий лесозаготовки. Вестник КрасГАУ.-2008.-№1 - с. 23-25.

36. Иванов В.А. Динамика воздействия волн водохранилищ на деревья береговой зоны. Хвойные бореальные зоны.-2008.-№2 - с.27-30.

37. Корякин В.А. Иванов В.А., Крылов Н.М. Устройство для очистки водохранилища от древостоя. Ав. св-во № 1729978 М.,1992.

38. Анисимов Г.М., Григорьев И.В., Патякин В.И., Кочнев А.М., Иванов В.А. Мобильный измерительный комплекс. Патент на полезную модель № 48052., 10 сентября 2005.

39. Шапиро В.Я., Григорьев И.В., Жукова А.И., Иванов В.А. Исследование механических процессов циклического уплотнения почвогрунта при динамических нагрузках. Вестник КрасГАУ.-2008.-№ 1 - с.

40. Новоселов А.В., Угрюмов Б.И., Иванов В.А., Ахметшин И.Ф. Проблемы организации технологических процессов освоения «бесхозной» аварий ной древесины. (Учебное пособие). Братск: БрИИ, 1998. - 84 с.

Просим принять участие в работе диссертационного Совета Д.212.220.03 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Лесотехническая академия, Ученый Совет. Факс (812) 550-07-91.

Размещено на Allbest.ru