CC BY
26Resources and Technology 13 (1): 34-39, 2016 ISSN 2307-0048
http://rt.petrsu.ru
.'MВШ
тн»
щтШ^ШШ
DOI: 10.15393/j2.art.2016.3281 Краткое сообщение
0 моделировании очистки круглых лесоматериалов в корообдирочных барабанах
Юлий Е. Гардин1' *
1 Петрозаводский государственный университет, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33; E-Mails: [email protected]
* Автор, с которым следует вести переписку; E-Mail: [email protected]; Tel.: +7(8142)711039; Fax: +7(8142)711000.
Получена: 06 апреля 2016 /Принята: 15 апреля 2016 / Опубликована: 16 мая 2016
Аннотация: В обзорной статье кратко рассмотрены некоторые аспекты численного моделирования в целях совершенствования технологических операций окорки круглых лесоматериалов в корообдирочных барабанах по критерию уменьшения отходов.
Ключевые слова: корообдирочный барабан, круглые лесоматериалы, очистка от коры, моделирование
DOI: 10.15393/j2.art.2016.3281 Article
On the modeling of debarking round timber in drum
Yuliy E. Gardin1*
1 Petrozavodsk State University, Lenin st., 33, Petrozavodsk, Russia: [email protected]
* Author to whom correspondence should be addressed; E-Mail: [email protected]; Tel.: +7(8142)711039; Fax: +7(8142)711000.
Received: 06 April 2016 / Accepted: 15 April 2016 /Published: 16May 2016
Abstract: In a review article briefly discusses some results of numerical simulation in order to improve production operations of debarking of round wood in drum on the criterion of waste reduction.
Keywords: drum debarking, round timber, debarking, modeling
1. Введение
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 Л в единицу времени:
Л = 1/т (1)
Здесь т - 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 - е -/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 а равны [4]
а = 1 - е ^/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 п 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 5 = 2 ■ 107 Н/м. Рассеяние энергии К = 1 ■ 104 Нс/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 п = 5 и п = 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.
Литература
1. Бойков С.П. Теория процессов очистки древесины от коры // Ленинград: ЛГУ, 1980. - 152 с.
2. Васильев А.С., Никонова Ю.В., Раковская М.И. Математическое моделирование технологического процесса очистки древесины в корообдирочном барабане // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Технические науки. 2008. № 1. С. 117 -119.
3. Никонова Ю.В. Обоснование конструктивно-технологических параметров корообдирочных барабанов с применением численного моделирования динамического взаимодействия балансов // Автореф. дис. канд. техн. наук. Петрозаводск, 2009. 20 с.
4. Васильев С.Б., Колесников Г.Н., Никонова Ю.В., Девятникова Л.А. Моделирование очистки круглых лесоматериалов от коры в установка барабанного типа // Краевые задачи и математическое моделирование: тематический сб. науч.ст.: в 3 т. Т. 2. / НФИ ГОУ ВПО «КемГУ»; под общ. ред. В.О. Каледина. - Новокузнецк, 2010. С. 222-233.
5. Пугачев В.С. Теория вероятностей и математическая статистика // М.: Наука, 1979.
496 с.
6. Колесников Г.Н. Алгоритм декомпозиции линейной задачи дополнительности и его применение для моделирования соударений балансов в корообдирочном барабане // Resources and Technology. 2013. Т. 10. № 2. С. 111-138.
7. Колесников Г.Н., Раковская М.И. Энергетический критерий очередности перехода односторонних связей в действительное состояние // Обозрение прикладной и промышленной математики. 2006. Т. 13. С. 652.
8. Васильев С.Б., Колесников Г.Н., Никонова Ю.В., Раковская М.И. Влияние локальной жесткости корпуса корообдирочного барабана на изменение силы соударений и величину потерь древесины // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия «Технические и естественные науки». 2008. № 4. С. 84-91.
9. Колесников Г.Н., Доспехова Н.А. Закономерности соударений и качество очистки балансов неодинакового диаметра в корообдирочном барабане // Фундаментальные исследования. 2013. № 10-15. С. 3328-3331.
10. Гаврилов Т.А., Паталайнен Л.С., Колесников Г.Н. О ресурсосберегающих технологиях экологически безопасной утилизации древесной коры // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 7 (39). С. 59-64.
11. Андреев А.А., Зайцева М.И., Колесников Г.Н., Чалкин А.А. Технологии использования отходов лесопиления для устойчивого развития приграничных регионов на севере России // В сборнике: Классический университет в пространстве трансграничности на Севере Европы: стратегия инновационного развития материалы Международного форума. Петрозаводский государственный университет. 2014. С. 3-6.
References
1. Bojkov S.P. Teorija processov ochistki drevesiny ot kory // Leningrad: LGU, 1980. - 152 s.
2. Vasil'ev A.S., Nikonova Ju.V., Rakovskaja M.I. Matematicheskoe modelirovanie tehnologicheskogo processa ochistki drevesiny v koroobdirochnom barabane // Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta. Tehnicheskie nauki. 2008. № 1. S. 117 -119.
3. Nikonova Ju.V. Obosnovanie konstruktivno-tehnologicheskih parametrov koroobdirochnyh barabanov s primeneniem chislennogo modelirovanija dinamicheskogo vzaimodejstvija balansov // Avtoref. dis. kand. tehn. nauk. Petrozavodsk, 2009. 20 s.
4. Vasil'ev S.B., Kolesnikov G.N., Nikonova Ju.V., Devjatnikova L.A. Modelirovanie ochistki kruglyh lesomaterialov ot kory v ustanovka barabannogo tipa // Kraevye zadachi i matematicheskoe modelirovanie: tematicheskij cb. nauch.ct.: v 3 t. T. 2. / NFI GOU VPO «KemGU»; pod obshh. red. V.O. Kaledina. - Novokuzneck, 2010. S. 222-233.
5. Pugachev V.S. Teorija verojatnostej i matematicheskaja statistika // M.: Nauka, 1979. 496 s.
6. Kolesnikov G.N. Algoritm dekompozicii linejnoj zadachi dopolnitel'nosti i ego primenenie dlja modelirovanija soudarenij balansov v koroobdirochnom barabane // Resources and Technology. 2013. T. 10. № 2. S. 111-138.
7. Kolesnikov G.N., Rakovskaja M.I. Jenergeticheskij kriterij ocherednosti perehoda odnostoronnih svjazej v dejstvitel'noe sostojanie // Obozrenie prikladnoj i promyshlennoj matematiki. 2006. T. 13. S. 652.
8. Vasil'ev S.B., Kolesnikov G.N., Nikonova Ju.V., Rakovskaja M.I. Vlijanie lokal'noj zhestkosti korpusa koroobdirochnogo barabana na izmenenie sily soudarenij i velichinu poter' drevesiny // Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta. Serija «Tehnicheskie i estestvennye nauki». 2008. № 4. S. 84-91.
9. Kolesnikov G.N., Dospehova N.A. Zakonomernosti soudarenij i kachestvo ochistki balansov neodinakovogo diametra v koroobdirochnom barabane // Fundamental'nye issledovanija. 2013. № 10-15. S. 3328-3331.
10. Gavrilov T.A., Patalajnen L.S., Kolesnikov G.N. O resursosberegajushhih tehnologijah jekologicheski bezopasnoj utilizacii drevesnoj kory // Sovremennye nauchnye issledovanija i innovacii. 2014. № 7 (39). S. 59-64.
11. Andreev A.A., Zajceva M.I., Kolesnikov G.N., Chalkin A.A. Tehnologii ispol'zovanija othodov lesopilenija dlja ustojchivogo razvitija prigranichnyh regionov na severe Rossii // V sbornike: Klassicheskij universitet v prostranstve transgranichnosti na Severe Evropy: strategija innovacionnogo razvitija materialy Mezhdunarodnogo foruma. Petrozavodskij gosudarstvennyj universitet. 2014. S. 3-6.
© 2016 TapAHH ro. E.
