Файл: Виготовлення.pdf

100
потоки взаємоповʼязані, що дає змогу рівномірно завантажити верстати на окремих операціях і скоротити простоювання цеху.
За структурою технологічних потоків комбіновані цехи розподіляють так: без розгалуження потоків, з розгалуженням потоків,
із взаємоповʼязаними потоками. У технологічних потоках без розгалуження заготовки в процесі оброблення передають від одного верстата до іншого послідовно.
Продуктивність таких потоків відповідає найменшій продуктивності верстатів, що до них належить.
У сучасних біооброблювальних цехах як внутрішньоцехові транспортні системи застосовують конвеєрні, підвісні й підлогові транспортні засоби. У біооброблювальному цеху із використанням гнучкого лісооброблювального процесу можуть застосовуватися всі зазначені типи транспортних систем. Однак застосування підвісних транспортних засобів (мостового крана, кран-балки) дає змогу доставити вантаж у будь-яку точку виробничого майданчика цеху, що забезпечує розміщення верстатів у найбільш доцільній послідовності, а також незалежність їхньої роботи.
Отже, біообробний процес комбінованого цеху має складну виробничу структуру. Частина параметрів системи – випадкові величини, які функціонують за різними законами розподілу. Щоб змоделювати подібні системи та визначити параметри їхнього функціонування використовують математичний апарат стохастичної імітації.
Розроблена класифікація гнучких біообробних процесів дає змогу визначити їхні основні характеристики й скористатися нею під час моделювання цих процесів [13].
6.3
Розроблення
й
дослідження
роботи
ефективної
багатоваріантної гнучкої технології утилізації рослинних відходів
Передусім потрібно було визначити склад паливного брикета і шляхом підбору компонентів забезпечити його підвищену теплоутворювальну здатність за умови зменшення кількості залишкового помелу під час спалювання. Це завдання можна визначити, врахувавши, що на відміну від матеріалу рослинного походження, який містить відходи деревної кори і звʼязувач відходи поліетиленової плівки, відповідно до корисної моделі така технологія передбачає додатковий вміст тиксотропної домішки (відходи виробництва шкіряної сировини) – шкіряний пил. Співвідношення компонентів (у мас. відс.) буде таким:

101
Матеріал рослинного походження –
93,5-68,0, мас. відс.
Зв’язуюче –
4,7-27,2, мас. відс.
Тиксотропна домішка –
1,8-4,8, мас. відс.
Шкіряний пил, що дає тиксотропний ефект, під час спалювання брикета запобігає витіканню з нього поліетилену – найкалорійнішої частини палива. Таким чином вирішують одне з найважливіших технічних завдань щодо засобів вогневого знешкодження відходів деревини, шкіряної сировини та термопластів.
Склад такого брикетованого палива наведено в таблиці 6.1. Методику приготування композиції для отримання екпериментальних зразків, що
імітують її елементи – паливні брикети з підвищеними експлуатаційними характеристиками можна проілюструвати прикладами (табл. 6.1.).
Таблиця 6.1 – Склад запропонованого брикетованого палива
Компоненти
Вміст компонентів у паливному брикеті, мас. відс.
Вміст компонентів у контрольному паливному брикеті, мас. відс.
Номер зразка паливного брикета
1 2
3 4
5
Відходи кори лісоматеріалів листяних порід,
ГОСТ 9462-88 93,5 80,3 68,0 94,3 67,6
Відходи поліетиленової плівки,
ГОСТ 10354-82 4,7 16,1 27,2 4,7 27,0
Шкіряний пил, ГОСТ 939-88 1,8 3,6 4,8 1,0 5,4
Як приклад першим запропоновано змішати у змішувачі з Z-подібною мішалкою 93,5 мас. відс. подрібнених відходів деревини (кори), розміри частинок яких становить не більш ніж 25 мм, а вологість – не більше ніж
18 % з 4,7 мас. відс. відходів поліетиленової плівки (розмір частинок більше 6 мм) та 1,8 мас. відс. шкіряного пилу (розмір частинок 20–55 мм).
Суміш підігрівають за допомогою гарячого повітря (140–160 ºС) 2–5 хв. і завантажують у прес-форму, зачиняють по контуру та пресують під тиском
5,0–15,0 МПа протягом 0,3–0,5 хв. з охолодженням, звільняють від тиску, відчиняють і виймають готовий брикет.
Зразки брикета 2–5 виготовляють аналогічно до прикладу 1, вони різняться тільки кількістю компонентів для отримання паливного брикета
(табл. 6.1). Властивості кожної композиції (приклади 1–5 табл. 6.1) наведені в таблиці 6.2.

102
Таблиця 6.2 – Властивості композицій порівняно з відомими
Властивості
Показники для складу композиції
Пропонованої
1
Відомої
2 1
2 3
4 5
Щільність, кг/м
3 750 795 820 725 810 740
Водопоглинання, %
( 24 год, дист. вода, 20 ºС )
47 12 4
56 7
51
Руйнівна напруга, МПа
– під час розтягування
– під час вигинання
17 21 19 24 21 29 14 17 15 19 11 9
Крихкість, %
6 4
0,5 8,5 7
6
Теплоутворювальна здатність, кДж/кг
18 670 21 810 27 690 17 230 24 980 17 440
Зольність, %
6 6,5 8
11,5 12,5 13 1
Зразки брикетів отримані при тиску пресування 10 МПа.
2
Середні значення показників відомої композиції.
Наявність в паливному брикеті тиксотропної домішки шкіряного пилу дає змогу підвищити його теплотворну здатність та зменшити вихід попелу під час спалювання. Виходити за межі нижнього (композиція 1)
і верхнього
(композиція 3) значень вмісту шкіряного пилу
(1,8–4,8 мас. відс.) у паливній композиції недоцільно, оскільки в такому разі властивості останньої погіршуються. Таким чином, запропонована композиція для отримання паливного брикета забезпечує якіснішу переробку заготовлених відходів деревини й поліетиленової плівки в разі отримання підвищеної теплотворної здатності в умовах спалювання і сприяє утилізації та знешкодженню відходів шкіряного виробництва.
Створюються передумови для реалізації нового різновиду твердого палива з мінімальним виходом залишку попелу під час спалювання, унаслідок чого вдосконалюється процес виробництва та покращуються умови праці під час отримання теплової енергії у промисловості, комунальному господарстві, експлуатації побутових печей населенням та використання
інших енергетичних установок малої потужності.
Гнучку мобільну установку доцільно використовувати для переробки відходів безпосередньо на місці їхнього утворення. Бажано такі установки
(патент № 65904) встановити на тракторі (кл. 1.4–2 т.) з трьома лініями переробки біомаси (рис. 6.3).

103
Рисунок 6.3 – Схема перероблення та утилізації деревних і рослинних відходів на тверде біопаливо:1 – шнековий робочий орган для брикетування біомаси;
2 – охолоджувач; 3 – закрив
Перша лінія – виробництво дров. Друга – виробництво євродров
(сумішевих брикетів). Третя піролізна – виробництво газу та деревного вугілля. Відповідно до поставленого завдання – (виробництва дров) установку оснащують модулем для поперечного різання неліквідної деревини та модулем для розколювання полін. Друга лінія установки повинна оснащатися модулем для подрібнення та модулем для сушіння біомаси. Для виготовлення євродров потрібен модуль для пресування. Для забезпечення оптимального режиму роботи необхідно використовувати допоміжні модулі: МЗБ – модуль змішування біомаси; МЗ – модуль зневоднення біомаси; МТ – модуль для збирання тирси; МЩ – модуль пакування щепи; МБ – модуль пакування брикетів; МД – модуль пакування дров; МТр – модуль транспортування; МУ – модуль управління.
Основними станами виготовлення паливних брикетів із рослинної та деревної сировини є її подрібнення, сушіння, брикетування, охолодження та пакування продукції. Кожен із цих станів є енергоємним. Варіанти технологічних маршрутів обробки рослинних та деревних відходів представлено на рисунку 6.3.

104
Всі зазначені модулі (основні та допоміжні) установлюють на рамі 1, яка навішується за трьохточковою схемою на задній начіпний пристрій трактора з маніпулятором. Модуль поперечного різання деревини (рис. 6.4) складається із пильного диска (2), закритого кожухом з накопичувачем тирси рами насування лотка (3), для стовбура неліквідної деревини та напрямних (4). Модуль для розколювання деревини – із гідроциліндра (5), повзуна (6) та ножа (7). Замість цього модуля легко монтується модуль для зневоднення біомаси та використовується гідроциліндр 5.
Маршрут виробництва дров такий (рис. 6.4): оператор кладе стовбур неліквідної деревини 1,5–2 м завдовжки на лоток (3) та подає його на пильний диск (2). Відрізають цурпалок (8), який під дією сили тяжіння падає за напрямною (4) між повзуном (6) та ножем (7). У разі подачі оливи до гідроциліндра (5) повзун тисне на чурак (8) та насуває його на ніж (7) і розколює на дрова. Гідроциліндр можна використовувати не тільки для розколювання деревини, але й для зневоднення біомаси (модуль зневоднення біомаси). Сушіння пиломатеріалів, як ключовий технологіч- ний процес характеризується значною енергомісткістю, що спонукає до пошуку шляхів
її
зниження.
Досвід свідчить про високу ефективність соняч- них сушарок із огляду на інтенсивність процесу сушіння, можливість отри- мання достатньо низької кінцевої вологості матеріалу і його високу якість.
Рисунок 6.4 – Лінія виготовлення дров

105
модуль – сушник (МСБ), а потім у модуль – змішувач. Біомасу змішують у змішувачі за допомогою Z-подібної мішалки.
Суміш підігрівають гарячим повітрям при 140–160 ºС 2–5 хв та завантажують у прес-форму, зачиняють по контуру та пресують під тиском
5,0–15,0 МПа протягом 0,3–0,5 хв з охолодженням, звільняють від тиску, відчиняють та виймають готовий брикет.
Можна подавати щепу в модуль пресування (МП) при сухій біомасі.
За допомогою регульованого шнекового транспортера біомасу подають до входу піролізної установки (третя лінія) У процесі піролізу виділяються піролізні гази, які подаються в топку піролізної установки і згорають.
Здійснюючи процес піролізу, далі їх подають до трактора, на реалізацію для населення, для сушіння біомаси та до двигуна електростанції. Цей процес відбувається безперервно і не потребує використання додаткового палива. Унаслідок процесу піролізу утворюється деревне вугілля.
Для зменшення простоювання ліній між
їхніми модулями встановлюють буферні пристрої.
6.4 Оцінювання впливу тривалості інтервалів часу надходження
відходів на продуктивність технологічної лінії
Дослідження доводять [38], що на місця складування відходів на прибудинковій території потрапляє велика кількість вторинної деревини.
На рисунку 9.5 зображено графік накопичення відходів за місяцями на одній прибудинковій території м. Харків. Підсумувавши дані за містами
України в 2013 році, отримаємо більше ніж 2 млн. т уживаної деревини.
1500 2500 1350 1250 1600 2600 3000 2600 2250 2900 2800 3000 0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Н
ак о
п и
ч ен н
я в
ід х
о д
ів
, к
г
Місяці року
Рисунок 6.5 – Графік накопичення відходів вторинної деревини за місяцями на окремо взятій прибудинковій території м. Харків

106
Кількість та енергетичний потенціал біомаси обчислюють,
ураховуючи коефіцієнт доступності.
Різновиди вторинної
деревини утворюються за міся- цями:
січень,
лютий
–
ялинки та старі
меблі (ДСП + ДВП);
усі інші
місяці
року
–
старі
вікна та двері,
підлога,
меблі,
обрізки різної
деревини,
ящики, піддення.
У вживаній деревині можуть міститися антипірени, антисептики, фарби, лаки, клей, штучні плівки, метал, скло та інші компоненти.
Основним критерієм придатності вживаної деревини, який визначає напрямок її подальшого використання, є вміст у ній шкідливих речовин, внесених із захисними сумішами для деревини, а також із опоряд- жувальними сумішами. Так, відходи виробництва меблів і деревних композиційних матеріалів, крім лігноцелюлозного матеріалу, містять клей, лак, плівки тощо в кількості 5–20 %. Таким чином, використання вживаної деревини передбачає, насамперед, її сортування, що приводить до додаткових матеріальних витрат. Саме тому в умовах реалій економіки
України ця група потенційних деревних ресурсів залишається невикористаною. Сортувати вживану деревину за додаткову плату можуть працівники ЖКГ, але для цього необхідно забезпечити їх спецтехнікою.
Потрібно зауважити, що на прибудинковій території, крім вжитої деревини, накопичується і природна біомаса: листя дерев, трава, сухі гілки
і гілки, які обрізають у процесі догляду за деревами. Цю біомасу теж потрібно переробляти й утилізувати, оскільки їхнє накопичення негативно впливає на санітарний стан довкілля.
Цю проблему можна вирішити за допомогою мобільної установки, установленої на трактор (кл.1.4÷2 т) з гнучкими технологіями переробки та утилізації рослинних і деревних відходів. Мобільна установка повинна мати такі модулі: поперечного різання та розколювання деревини, сушіння біомаси з використанням енергії відпрацьованих газів двигуна трактора, подрібнення та пересування біомаси.
Під час роботи необхідно оцінити вплив продовжуваності інтервалів часу надходження біомаси до модуля на продуктивність роботи. Проміжок
інтервалів роботи установки та інтервалів надходження відходів на обробку
є випадковими величинами.
Математичний аналіз експериментальних даних засвідчив, що
інтервали надходження сортименту на мобільну установку можуть бути апроксимовані законом розподілу Єрланга ( з параметром k = 9). Під час імітації гнучкого технологічного процесу на установці було встановлено ступінь впливу параметрів Єрланга (k) на продуктивність роботи технологічної лінії.

107
6.5 Вплив дозавантаження обладнання цеху деревною сировиною
від рубок догляду за лісом (парком)
У процесі досліджень об’єктом спостережень було обрано пиловочні колоди, що залишилися на місці рубок після перевірки їх на придатність до використання. В деяких випадках вимірювали параметри сировини від рубок проріджування або реконструкції (табл. 6.3).
Таблиця 6.3 – Характеристика спостережень пиловочних колод на місці рубок після перевірки їх на придатність до використання
Підприємство
Рік спостережень
Загальна кількість спостережень
Кіл-сть серій
Середнє значення замірів у серії
Старосалтівске лісництво
2011 983 12 83
Вовчанське лісництво
2011 212 2
105
На підставі отриманих даних було проведено перевірку гіпотези про відповідність експериментальних спостережень за розподілом діаметрів і пиловочних колод, отриманих під час проведення рубок догляду за лісом, і логнормального розподілу за критерієм х
2
Пірсона при п’ятивідсотковому рівні значущості. Результати розрахунків наведено в таблиці 6.4.
Графіки емпіричних і теоретичних розподілів діаметрів колод останніх етапів рубок догляду за лісом та змінювання коефіцієнта загрузки обладнання цеху за різного складу деревної сировини наведено на рисунках 6.6, 6.7. Коефіцієнт завантаження обладнання щодо частки сировини від рубок догляду (А) у загальному обсязі оброблення деревини в цеху подано на рисунку 6.6.
50 60 30 18 8
2 3
0 10 20 30 40 50 60 70 12 16 20 24 29 32 36
Ча ст от а сп о
ст ере д
ж ен ь
Рисунок 6.6 – Гістограма і теоретичний логнормальний розподіл діаметрів гілок відповідно до рубок догляду в Старосалтівському лісництві

108 0,4 0,42 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,72 0,8 0,89 0,99 0,5 0,53 0,57 0,61 0,65 0,7 0,76 0,82 0,9 0
0,2 0,4 0,6 0,8 1
1,2 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
К
о еф
іц
іє
н т заван таж ен н
я
Частка деревини (h
)
Рисунок 6.7 – Змінювання коефіцієнта завантажування обладнання цеху на різних складах деревної сировини
Таблиця 6.4 – Основні характеристики експериментальних спостережень за розподілом діаметрів і пиловочних колод, отриманих під час проведення рубок догляду за лісом, і логнормального розподілу за критерієм х
2
Пірсона при пʼятивідсотковому рівні значущості
Характеристики паливних брикетів можна вдосконалити, застосувавши фізикомеханічний вплив на їх компоненти.
Підприємство
Номер серії
Кількість ступенів свободи
Оцінка параметрів розподілення
Р
оз ра хов ув ан е х
2
Т
аб л
и ч
н е х
2
Середнє логарифмів діаметрів
Середньо- квадратичне відхилення логарифмів діаметрів
Старосалтівське лісництво
1 7
2,969 0,336 6,762 14,1 2
6 2,707 0,347 11,806 12,6 2
5 2,893 0,332 13,943 11,1 4
6 2,987 0,354 5,744 12,6 5
5 2,636 0,335 6,64 11,1 6
7 3,106 0,3 17 2,428 14,1 7
5 2,76 0,338 2,43 11,1 8
5 2,858 0,275 7,794 11,1 9
6 2,821 0,354 16,728 12,6 10 4
2,785 0,252 2,91 9,5 11 б
2,839 0,266 4,22 12.6 12 5
2,786 0,297 1,241 11,1
Вовчанське лісництво
1 9
2,844 0,234 8,549 16,9 2
9 2,689 0,302 11,004 16,9