МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГРУППОВОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОКОРКИ

Куницкая О.А., Лукин А.Е., Куницкая Д.Е.

DOI: 10Л2737/14943

Аннотация. Выполнен анализ математических моделей групповой механической окорки лесоматериалов в окорочных барабанах.

Ключевые слова: групповая механическая окорка, окорочные барабаны, сбег хлыста.

Интенсивность и качество окорки в барабане зависят от необходимого и достаточного числа ударов (N) определенной силы Р, которые испытывает лесоматериал определенного диаметра (d) и длины (/) за период времени (0

нахождения в барабане, диаметром (D) и длиной (L) [1].

Величины N и Р в свою очередь зависят от свойств лесоматериалов (влажности W и температуры Т), а также емкости барабана, степени его загрузки, угловой скорости вращения со, определяющих в совокупности скорость (у) соударения лесоматериалов между собой и с элементами барабана [2]. Но, такой подход не учитывает процесс соударения бревен между собой и с конструктивными элементами барабана, поэтому процесс образования пятен окорки целесообразно оценивать с позиций механики контактного разрушения среды кора и древесина. Лесоматериалы, взаимодействующие с поверхностью барабана, испытывают значительные нагрузки за счет более жесткости барабана [3].

Короткомерные бревна можно представить как совокупность цилиндров с диаметром и высотой d, и как совокупность равновеликих по объему шаров с диаметром Ош- -Д5d. Количество шаров, приходящихся на бревно, равно целой части плюс единица отношения объема бревна Vqp к объему шара Уш. Два крайних шара - торцевые, остальные - внутренние. Все шары принимаются как мягкие по отношению к жесткой поверхности барабана.

При воздействии ударной нагрузки силой Р основными геометрическими параметрами пятна контакта являются величины контактного сближения h и радиуса контактной площадки а. Удары в механике контактного разрушения рассчитываются через величину сближения h, с точки зрения качества окорки важной является очистка на полную глубину слоя коры. Поэтому за основную геометрическую характеристику контакта принимается параметр h. По мере формирования пятна окорки контактная сила F растет и определяется:

где коэффициент пропорциональности к зависит от упругопластических характеристик мягкого шара (модуля Юнга Е и коэффициента Пуассона ц) и его диаметра Dut:

Дифференциальное уравнение движения среды на границе контакта при развитии пятна окорки имеет вид:

где v - скорость движения лесоматериала массой т в момент удара.

Наибольшее значение h-hQ достигается в момент времени, когда скорость сближения — = 0, откуда величина максимального контактного сближения от

dr

единичного удара равна:

Общая продолжительность удара г=г0 при этом составит:

Интегрирование дифференциального уравнения (3) с учетом (4) при начальных условиях: в момент т=0 сближение h=0 позволяет получить функцию изменения во времени контактного сближения h=h(z):

которую можно рассматривать на участке возрастания h от 0 до hQ. Радиус площадки а зависит от h и описывается соотношением:

Сила удара Р вычисляется по следующему алгоритму: вначале из закона сохранения энергии определяется величина v=(2gH)0,5, где Н - высота обрушения лесоматериалов (максимальное значение H-D-d), а из закона сохранения импульсов движения - сила P-mvlг0, причем та определяется из (5).

Величина среднего вертикального давления qz при ударном взаимодействии шаров определяется через параметры h и Dm:

Величина радиального давления определяется через механизм бокового распора:

Величина давления сдвига qs на элемент коры определяется как приведенное давление:

При окорке длинномеров существенное влияние на показатели процесса окорки окажет влияние сбега. С уменьшением диаметра ствола, по закону близкому к линейному, уменьшается толщина коры [4, 5]. Соответственно, степень окорки будет неодинаковой по длине лесоматериала. Если сравнивать два участка одного и того же сортимента при одной и той же продолжительности нахождения в окорочном барабане, то степень окорки будет выше на участках с меньшим диаметром.

При учете сбега могут иметь место три ситуации [6]: Если ^1>?)з, то количество ударов, приходящееся на единицу площади боковой поверхности, неодинаково - на единицу площади боковой поверхности диаметром Я2 приходится большее число ударов, чем на единицу площади боковой поверхности диаметром &i. Если Di = Di, то количество ударов, приходящееся на единицу площади боковой поверхности, одинаково. Если ^1 < , то

количество ударов, приходящееся на единицу площади боковой поверхности, неодинаково - на единицу площади боковой поверхности диаметром ^1 приходится большее число ударов, чем на единицу площади боковой поверхности диаметром Di.

Список литературы

  • 1. Газизов, А.М., Повышение эффективности механической окорки лесоматериалов /А.М. Газизов, И.В. Григорьев, В.А. Кацадзе, В.Я. Шапиро, Н.В. Мурашкин / СПб.: СПбГЛТА, 2009. - 240 с.
  • 2. Шапиро, В.Я. Анализ методов расчета параметров и обоснование математической модели разрушения коры при групповой окорке древесины / В.Я. Шапиро, И.В. Григорьев, А.Е. Гулько // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия естественные и технические науки. № 8 (121), 2011. С. 92-97.
  • 3. Григорьев, И.В. Математическая модель групповой окорки лесоматериалов в окорочных барабанах/ И.В. Григорьев, В .Я. Шапиро, А.Е. Гулько // Научное обозрение, 2012. № 4, С. 154-172.
  • 4. Газизов, А.М. Вариационный метод расчета и стабилизации параметров роторной окорки /А.М. Газизов, В.Я. Шапиро, И.В. Григорьев // Справочник. Инженерный журнал. № 7. 2009. С. 47-51.
  • 5. Куницкая, О.А. Особенности окорки длинномерных сортиментов с учетом сбега в окорочных барабанах /О.А. Куницкая, Г.Н. Колесников, А.Е. Лукин, Д.Е. Куницкая// Инженерный вестник Дона. № 3. 2015. С. 44-60.
  • 6. Куницкая, О.А. Обоснование направления уточнения математической модели групповой окорки лесоматериалов для условий окорки длинномеров /

О.А. Куницкая, А.Е. Лукин / Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. № 2-2 (13-2). С. 430-433. DOI: 10.12737/11133.

Куницкая Ольга Анатольевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологии лесозаготовительных производств» ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова», г. Санкт-Петербург, РФ

Лукин Александр Евгеньевич, аспирант кафедры «Технологии

лесозаготовительных производств» ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова», г. Санкт- Петербург, РФ

Куницкая Дарья Евгеньевна, аспирант кафедры «Технологии

лесозаготовительных производств» ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова», г. Санкт- Петербург, РФ

УДК 004.942

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >