О технологиях окорки круглых лесоматериалов в корообдирочных барабанах

В данной работе используются следующие термины и их толкования согласно ГОСТ    17462-84 «Продукция лесозаготовительной промышленности. Термины и определения»:

Хлыст древесный – очищенный от сучьев ствол поваленного дерева без отделенных от него прикорневой части и вершины.

Лесоматериалы – материалы из древесины, сохранившие ее природную физическую структуру и химический состав, получаемые из поваленных деревьев, хлыстов и (или) из их частей путем поперечного и (или) продольного деления.

Поперечное и продольное деление включает пиление, раскалывание, строгание, лущение, фрезерование и измельчение.

Круглые лесоматериалы – лесоматериалы, получаемые путем поперечного деления.

Кора – наружная часть ствола, сучьев и ветвей, покрывающая древесину.

Сортимент – лесоматериал установленного назначения.

Круглый сортимент – сортимент, получаемый путем поперечного деления хлыста.

Тонкомерный сортимент – круглый сортимент, имеющий толщину в верхнем отрезе без коры от 2 до 13 см включительно при измерении с градацией 1 см.

Короткомерный сортимент – круглый или колотый сортимент длиной до 2 м включительно.

Длинномерный сортимент – круглый сортимент длиной более 6,5 м.

Балансы – круглые или колотые сортименты для производства целлюлозы и древесной массы.

Технологическая щепа – щепа для производства целлюлозы, древесных плит и продукции лесохимических и гидролизных производств.

В настоящее время крупнейшим потребителем круглых лесоматериалов является целлюлозно-бумажная промышленность. Например, только три целлюлозно-бумажных комбината (ЦБК) в Карелии рассчитаны на переработку трех миллионов кубометров еловой и сосновой древесины [, дата обращения 15.05.2016]. Круглые лесоматериалы, как сырье для производства технологической щепы, подвергаются очистке от коры на стадии древесно-подготовительного цикла. Очистка от коры выполняется, как правило, с применением корообдирочных барабанов [1, 2, 3, 4].

Имеется ряд факторов, которые определяют существование и актуальность проблемы совершенствования оборудования и технологий очистки круглых лесоматериалов от коры: большие объемы прорабатываемой древесины; большое потребление ресурсов на стадии древесно-подготовительного цикла в виде электрической и тепловой энергии, воды; большая материалоемкость корообдирочных барабанов, рольгангов и других устройств; образование отходов древесины [5]. Решению данной проблемы посвящено большое число работ.

Заметим, что для обозначения технологического процесса очистки круглых лесоматериалов от коры в установках барабанного типа часто используется термин «групповая окорка» [3]. Обрабатываемые в барабане отрезки древесного ствола (обычно длиной 1,2 м) называют балансами.

Полученные до 1980 г. результаты, важные и в настоящее время для теории и практики очистки круглых лесоматериалов от коры, в систематизированном виде изложены в монографии Станислава Петровича Бойкова. Опираясь на результаты теоретических исследований и производственных экспериментов, С.П. Бойков обосновал ряд рекомендаций и выводов, один из которых определяет, что «совершенствование групповой окорки лесоматериалов должно идти в направлении повышения возможности активного воздействия на процесс окорки. Это, прежде всего, <...> интенсификация процесса отделения коры» [3, с. 146]. При этом обоснованно (и дальновидно) утверждается, что «конструктивно новые установки могут значительно отличаться от существующих окорочных барабанов и бункерных машин, однако во всех случаях, когда отделение коры происходит в результате случайных взаимодействий бревен между собой, остаются справедливыми математические зависимости <...>», приведенные в главе 2 монографии [3, с. 15-46]. Для интенсификации процесса окорки на внутренней поверхности корообдирочных барабанов устанавливают продольные балки с подходящей формой поперечного сечения. Данное решение ускоряет окорку, однако при соударениях с балками может разрушаться не только кора, но и, частично, древесина, что в ряде случаев приводило к увеличению потерь древесины [5, 6]. Результаты расчетов с применением методик численного моделирования [6-11] согласуются с известными данными [3] о том, что силы соударения балансов друг с другом и с внутренней поверхностью корпуса барабана должны быть достаточными для разрушения коры, но не избыточно большими, чтобы не вызывать разрушений древесной части ствола [5]. Применение указанных выше методик [6–11] позволяет прогнозировать появление такой области в массиве загруженных в барабан балансов, в которой сила соударений может оказаться недостаточной для эффективной окорки. Такой прогноз является дополнительным к известным рекомендациям о допустимой степени заполнения барабана балансами [3, 4, 5].

Практика и теория показывают, что полностью избавиться отходов невозможно, поэтому задачами исследований может быть уменьшение отходов и рациональное их использование [5, 6]. В этой связи определенный интерес представляет выполненный в работе [12] теоретический анализ закономерностей соударений и качества очистки балансов неодинакового диаметра в корообдирочном барабане. Результаты анализа согласуются с эмпирически обоснованными до появления работы [12] рекомендациями о необходимости сортировки балансов по диаметру, с тем, чтобы в корообдирочный барабан балансы загружались группами и были бы примерно одного диаметра. В этом случае сокращаются затраты времени на очистку от коры и уменьшается количество потерь древесины.

Результаты работы [12] оказались полезными при анализе закономерностей очистки от коры длинномеров с учетом сбега в укороченных барабанах. Данная технология предложена авторами статьи [13], которые предложили при окорке длинномеров учитывать новую возможность интенсификации процесса отделения коры за счет ускоренного разрушения коры в сжатых зонах. Появление этих зон сопровождается изгибом длинномеров [14, 15], в отличие от коротких балансов, например, длиной 120 см, деформациями изгиба которых правомерно пренебрегают по причине их большой изгибной жесткости. Теория процессов очистки длинномеров от коры отличается большей сложностью по сравнению с теорией окорки короткомеров и разработана в меньшей степени. Применение соответствующих программ (например, ANSYS) позволяет решить ряд задач в данной области [14, 15].

В новой технологии [13] окорки длинномерных сортиментов используются барабаны, длина которых меньше длины окариваемого сортимента, что является принципиальным отличием от широко распространенной в настоящее технологии окорки балансов длиной, например, 120 см. Это принципиальное отличие имеет своим следствием следующие технико-экономические преимущества: уменьшается масса барабана, а значит его стоимость; уменьшаются затраты времени на монтаж; для вращения барабана меньшей массы требуется меньше энергии и, как следствие, сокращаются расходы на эксплуатацию. Имеются другие преимущества, которые, однако, не устраняют всех недостатков новой технологии, что выражается, в частности, в образовании отходов в виде так называемых короткомеров [5]. Уменьшить количество таких отходов можно за счет совершенствования оборудования и технологий измельчения окоренной древесины на щепу [5, 16].

Комплекс других аспектов совершенствования технологий очистки от коры и рационального использования древесины связан с совершенствованием системы «барабан – фундамент» [17], а также рольгангов [18], загрузочного патрона рубительной машины [19, 20] и другого оборудования [21–24], необходимого для функционирования технологий древесно-подготовительного цикла с учетом характеристик круглых лесоматериалов, поступающих на переработку.

Работа выполнена в рамках Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012-2016 гг.