О моделировании очистки круглых лесоматериалов в корообдирочных барабанах

Очистка круглых лесоматериалов в корообдирочных барабанах осуществляется за счет разрушения коры и последующего сдвига материала коры при соударениях балансов друг с другом и с корпусом барабана. Более подробно механическое взаимодействие балансов друг с другом и с корпусом барабана, а также появляющиеся в этой связи задачи, методы и примеры их решения рассмотрены в работах [1, 2, 3]. Технологические аспекты затронутой проблемы рассмотрены в статье [4]. Выполненный в форме краткого обзора синтез материалов работ [1, 2, 3, 4 и др.] представлен в нижеследующем изложении.

Происходящие при вращении барабана соударения балансов могут рассматриваться как поток случайных событий [4]. При этом в качестве случайных событий могут рассматриваться соударения балансов, обрабатываемых в корообдирочном барабане [1, 2, 3]. Как известно, потоки событий, которые осуществляются в случайные моменты времени, относятся к числу объектов, изучаемых на формальном уровне в теории вероятностей [5].

Характеристики указанного выше потока, очевидно, зависят от скорости вращения барабана и от других конструктивно-технологических параметров. Обобщающей характеристикой является интенсивность потока обрушений, то есть число обрушений λ в единицу времени:

Л = 1/ т (1)

Здесь τ – параметр модели, имеющий размерность времени. Обычно предполагается, что корообдирочный барабан вращается вокруг своей продольной оси с постоянной скоростью. Тогда, если технологический процесс продолжается в течение времени t , то степень очистки круглых лесоматериалов от коры составит а = 1 - e - t /т (2)

Данное соотношение получено в книге [1] с применением вероятностного подхода. В работе [4] показано, что к соотношению такого же вида приводит детерминистический подход.

Затраты времени t для получения степени очистки α равны [4]

а = 1 - e - t / ^т (3)

В качестве иллюстрации в статье [4] рассмотрены результаты применения представленных соотношений при решении следующей модельной технологической задачи [3]. Вращение корообдирочного барабана, заполненного балансами в соответствии с техническими нормами, сопровождается циклически повторяющимися обрушениями массива этих балансов. Приближенно можно считать, что все балансы одинаковы, каждый из них имеет диаметр 0,15 м и длину 1,2 м. В течение времени т на каждом балансе появляется область контакта, площадь которой на одном балансе в среднем равна 40 см2 = 0,004 м2. Частота вращения барабана такова, что т = 6 с. Требуется определить: 1) затраты времени на очистку массива балансов, если требуемая степень очистки от коры а =0,98; 2) степень очистки массива балансов по истечении 30 минут.

Применение представленной методики приводит к следующим результатам [4]. Затраты времени при а =0,98 составят 57 минут. Если продолжительность технологического процесса ограничить тридцатью минутами, то степень очистки по завершении данного процесса составит 0,88.

Очевидно, полученные в статье [4] оценки степени очистки и затрат времени могут рассматриваться как некоторые интегральные характеристики технологического процесса. Детализация характеристик данного процесса в целях его совершенствования требует применения других подходов. Как отмечено, в частности, в работах [1-4], необходимо учитывать особенности механического взаимодействия балансов при соударениях друг с другом и с корпусом корообдирочного барабана. В этом случае адекватные результаты могут быть получены с применением алгоритмов моделирования механических систем с односторонними связями [6-9]. С использованием таких методов в работах [6-9] выполнено численное моделирование массива балансов, подвергаемых очистке в барабане. Варьировались следующие характеристики: степень заполнения барабана; значения коэффициента диссипации энергии в материале балансов при соударениях; зазоры между балансами и корпусом барабана [4].

При этом рассмотрены модельные расчеты следующих технологических ситуаций. В массиве n бревен верхнее бревно падает на остальные, преодолевая до соударения начальный зазор, равный 1 м. Все остальные начальные зазоры равны нулю [4]. Масса каждого бревна 100 кг. Жесткость S = 2 • 10 7 Н/м. Рассеяние энергии K = 1 • 10 4 Н - с/м. Использовалась разностная схема второго порядка точности, шаг по времени т = 0,5 - 10 - 3 с. При t = 0 контактные силы определяются весом подлежащих обработке балансов. В статье [4] представлены контактные силы, соответственно, для n = 5 и n = 10 . По результатам моделирования установлено, что с уменьшением, т.е. с уменьшением степени заполнения барабана, возрастает величина силы соударений балансов с корпусом барабана. Однако с увеличением степени заполнения сила соударений может оказаться недостаточной для разрушения коры. Результаты расчета могут быть использованы для обоснования рекомендаций по ограничению степени заполнения корообдирочного барабана, что показано в работе [3].

Достоверность результатов расчетов подтверждена при сравнении с экспериментальными данными, полученными в работе [1].

Затронутые аспекты отражают только часть многоплановой проблемы совершенствования технологий переработки круглых лесоматериалов. Некоторые другие аспекты и соответствующая библиография рассмотрены, например, в работах [10, 11].

Работа выполнена в соответствии с Программой стратегического развития Петрозаводского государственного университета на 2012-2016 г.