СИСТЕМЫ. МЕТОДЫ. ТЕХНОЛОГИИ

Одним из исследовательских направлений в области переработки отходов промышленного производства полимерных материалов является получение низкомолекулярных полимеров (олигомеров). Они довольно широко используются в процессе разработки композиционных составов, нашедших применение в различных областях, в том числе и для повышения физико-механических показателей древесины, а также материалов на ее основе. В настоящей работе представлены результаты проведенного экспериментального исследования гидрофобной стойкости натуральной древесины на примере березы, модифицированной специальным составом на основе побочных продуктов деструкции некондиционного бутадиен-нитрильного каучука марки СКН-18 СНТ с молекулярной массой Мw= 18 тыс. в сочетании с нафтенатным сиккативом НФ-1. В качестве объекта исследования были выбраны бруски древесины березы размером 20x20x30 мм и плотностью 630 кг/м3. Содержание деструктированного каучука СКН-18 СНТ в образцах после пропитки составило 10,7-13,8 %. Методом ИК-Фурье-спектроскопии в полученном продукте деструкции обнаружены кислородсодержащие группы. Наличие этих групп способствует химическому взаимодействию с компонентами древесины. За счет этого взаимодействия происходит формирование древесно-полимерного каркаса. В рамках проведенного полнофакторного эксперимента было установлено, что модифицированная продуктами отходов термоокислительной деструкции бутадиен-нитрильного каучука древесина обладает более низкими значениями водопоглощения и разбухания в радиальном и тангенсальном направлениях по сравнению с натуральной древесиной. Получены регрессионные модели, определяющие количественные зависимости водопоглощения и разбухания от трех технологических параметров - длительности пропитки древесного образца модифицирующим составом, значений температуры, при которой происходит его пропитка, и термической обработки. Применение предложенной модифицирующей композиции направлено на утилизацию некондиции, а также вторичных продуктов производства акрилонитрильных каучуков.

В промышленных масштабах на основе побочных продуктов производства полибутадиена был произведен выпуск олигомеров, которые многие годы применяются в лакокрасочной промышленности. Наилучшими характеристиками обладали низкомолекулярные сополимеры, приготовленные из побочного сырья от производства полибутадиена и содержащие в своем составе стирол в количестве 70-80 %. В работе исследована технология модифицирования древесно-волокнистых плит смесью олигомеров из побочных продуктов производства полибутадиена и стирола. Полученный олигомер на основе побочных продуктов производства полибутадиена и стирола совмещали с лаком кубового остатка ректификации стирола. Дозировку лака на олигомер выдерживали в количестве 10, 20, 30 и 40 %. Общее содержание стирольного компонента в олигомерной смеси составляло 60, 70, 80 и 90 %. В полученную олигомерную смесь вводили 5,0 % сиккатива НФ-1. Пропитку древесно-волокнистых плит в олигомерно-сиккативном растворе осуществляли в течение 1 мин. Сравнение осуществляли с образцами древесных плит без модифицирующей обработки и с ДВП, обработанными талловым маслом. Как следует из анализа молекулярно-массовых показателей предлагаемого олигомерного продукта, он легко и на достаточную глубину способен проникать в структуру древесно-волокнистой плиты. Этому способствует и повышенная температура пропитывающего состава, обеспечивающая снижение его вязкости и удаление влаги из плит. Показано, что прочность модифицированных древесно-волокнистых плит возрастает с повышением содержания стирола в пропитывающем олигомере. Полученные на основе побочных продуктов нефтехимии пропитывающие составы позволяют придать изделиям из ДВП улучшенный внешний вид, устойчивость к действию агрессивных сред, водо- и влагостойкость. Использование полученных олигомерных продуктов позволит утилизировать отходы нефтехимической промышленности.

Недостатки материалов из древесины без обработки специальными составами - это низкая огнестойкость и биозащита, что сокращает возможности их использования для строительства и эксплуатации в условиях высокой влажности атмосферы и критических температур воздействия на древесину. Обработка с использованием разного рода и состава антипиренов существенно повышает огнезащитные свойства древесины, но является фактором роста потребления пропитывающих растворов. Очевидна всевозрастающая потребность в круглом лесе и пиломатериалах в строительстве, в связи с чем вопрос сохранения первоначальной структуры древесины с целью повышения огнезащитных свойств требует все более серьезного подхода к этой проблеме. Стремительное увеличение использования композиционных материалов также требует новых исследований и подходов к проблеме огнезащиты как применительно к поверхностной обработке материалов, так и в области технологий производства. Сохранение структуры древесины может быть достигнуто путем смешивания разных по составу жидкостей, порошков и красок, которые могли бы стать защитным слоем от возгорания для изделий на основе древесины. Другой аспект использования этих составов касается защиты древесины от микроорганизмов и насекомых. Отсюда целью исследования является изучение эффективности огнезащитного состава на основе жидкого стекла с применением в качестве добавки кварцевой крошки. Эксперименты показали, что можно добиться наиболее высокого огнезащитного эффекта без применения дорогих сертифицированных средств, путем добавления кварцевой крошкой от 25 до 40 %. На основе проведенных исследований установлено, что наименьшие потери по массе наблюдались у образцов, покрытых жидким стеклом с добавлением кварцевой крошки.

В предлагаемой статье установлено много конструкций размыкающихся предохранительных муфт, которые имеют разные механизмы размыкания, автоматически разъединяющие рабочие элементы при срабатывании последних. П роанализированы 5 групп размыкающихся муфт, отличающихся между собой механизмом размыкания. Указано, что предохранители, относящиеся к группам 1, 2, 3, 4 имеют сложную конструкцию, подвержены частым поломкам при работе, и при их изготовлении возникают большие сложности, тогда как предохранители 5-й группы, имеющие шарики, которые движутся по наклонным выступам, лишены указанных недостатков. Отмечено, что новая размыкающаяся муфта с механизмом размыкания в своей конструкции может иметь два вида: а) с рабочими элементами, имеющими кулачковые шайбы; б) с рабочими элементами, имеющими фрикционные накладки. Необходимо сказать, что муфты первого вида более предпочтительны, так как кулачковые шайбы функционируют, одновременно выполняя две функции - работают в виде рабочих элементов и служат механизмом для размыкания, а также имеют значительно меньший диаметр, в отличие от муфт второго вида. В статье рассмотрены устройство, работа, а также достоинства предохранителя первого вида, связанные с тем, что муфта имеет высокую надежность в работе: после срабатывания, когда муфта буксует, динамические нагрузки не возникают и равны нулю, и передаваемый крутящий момент можно регулировать. Были получены силовые характеристики муфты, а также схемы сил, которые действуют на муфту, когда она в рабочем положении и после срабатывания. Выявлено, что разработанный предохранитель полностью снимает динамические нагрузки, рабочие элементы муфты практически не изнашиваются, а передаваемый крутящий момент, используя механизм регулирования, будет более точным. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что защита машин, оснащенных размыкающимся предохранителем, может быть повышена, если отношение среднего диаметра расположения кулачков к диаметру вала меньше или равно единице, и предложенную муфту можно будет применять на машинах в лесном хозяйстве.

В статье рассмотрены результаты опытов по уплотнению грунтов, укрепленных шлакосиликатным вяжущим при различных уплотняющих нагрузках методом стандартного уплотнения. В ходе проведенных экспериментов установлено, что при укреплении грунтов шлакосиликатным вяжущим коэффициент уплотнения должен быть не менее 1, в противном случае не будет получена расчетная прочность укрепленного грунта. Также рассмотрены необходимость измельчения при укреплении связных грунтов и влияние тонкости помола на гидравлическую активность фосфорных гранулированных шлаков, приведены результаты исследований образцов шлакосиликатогрунтов из грунтовых смесей различного агрегатного состава. Определено, что чем больше степень измельчения шлака, тем выше прочность шлакосиликатного вяжущего, а, следовательно, активность шлака. Такое изменение активности шлака в зависимости от тонкости помола происходит из-за увеличения поверхности взаимодействия шлака с жидким стеклом, вследствие чего происходит более полная гидратация шлака. При дальнейшем увеличении тонкости помола происходит агрегация частиц шлака, которая ведет к снижению поверхности взаимодействия шлака с жидким стеклом. По этим же причинам увеличение тонкости помола не только вызывает увеличение гидравлической активности шлака, но также вызывает интенсификацию процессов твердения, особенно в начальные сроки. Таким образом, сделан вывод о том, что изменение тонкости помола влечет за собой изменение гидравлической активности шлака, при этом чем выше степень измельчения шлака, тем выше его гидравлическая активность. Также установлена степень размельчения шлака для его наивысшей гидравлической активности.

Эффективным направлением строительства конструктивных слоев дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог является технология дисперсного армирования цементогрунтовых композиций волокнами фибры с получением фиброцементогрунта. В целях исследования прочностных показателей проведены лабораторные испытания прочности на сжатие и прочности на растяжение при раскалывании фиброцементогрунтовых образцов на основе природного грунта - суглинка тяжелого песчанистого различных составов с содержанием портландцемента от 4 до 8 % по массе сухого грунта, добавки базальтового фиброволокна от 0 до 4 % от массы сухого грунта с длиной волокон от 5 до 45 мм. Установлено, что прочностные показатели фиброцементогрунта зависят от содержания не только портландцемента, но и базальтового фиброволокна и длины его волокон. Для достижения максимальных показателей прочности на сжатие и прочности на растяжение при раскалывании фиброцементогрунта оптимальное содержание базальтового фиброволокна составило 2,0-2,5 % от массы сухого грунта при длине волокон 25 мм и при содержании портландцемента от 4 до 8 % от массы сухого грунта. Добавка базальтового фиброволокна 2,0 % от массы сухого грунта при длине волокон 25 мм позволяет увеличить прочность на растяжение при раскалывании (от 12,5 до 21,2 %) и прочность на сжатие (от 7,9 до 17,4 %) по сравнению с цементогрунтом с содержанием от 4 до 8 % портландцемента без добавки фибры. Наибольшая эффективность добавки фиброволокна проявляется в увеличении прочности на растяжение при раскалывании и, следовательно, трещиностойкости фиброцементогрунта. Кроме того, эффективность фиброволокна увеличивается при повышении содержания в составе фиброцементогрунтовой смеси портландцемента, что обеспечивает условия для формирования прочной структуры цементогрунтовой матрицы, способной устойчиво удерживать волокна.

Эффективность освоения лесосырьевых баз зависит от развития и транспортно-эксплуатационного состояния лесовозных автомобильных дорог. Одной из главных проблем строительства автомобильных дорог в лесной зоне является недостаток основных дорожно-строительных инертных материалов - песка, щебеночно-песчаных смесей, щебня, что значительно удорожает стоимость и увеличивает сроки работ. В данных условиях применение технологии строительства дорожных одежд из местных укрепленных грунтов позволяет частично или полностью избавиться от необходимости использования инертных дорожно-строительных материалов и таким образом существенно снизить стоимость и увеличить скорость строительно-монтажных работ. После освоения лесных участков временные лесовозные дороги подлежат рекультивации. При этом цементогрунтовые слои дорожных одежд целесообразно повторно использовать в качестве дорожно-строительного материала. В статье представлен способ повторного использования цементогрунтовых слоев рекультивируемых конструкций дорожных одежд для устройства новых лесовозных автомобильных дорог. Проведено исследование физико-механических свойств регенерируемой грунтовой смеси на основе гранулята, полученного после фрезерования цементогрунтовых слоев конструкций лесовозных автомобильных дорог. На основании результатов лабораторных испытаний прочности на сжатие, прочности на растяжение при раскалывании и коэффициента морозостойкости регенерируемой грунтовой смеси различных составов доказана возможность использования и получены оптимальные составы смеси цементогрунтового гранулята совместно с добавками портландцемента, золы-уноса ГРЭС, местных грунтов и воды для устройства слоев оснований и покрытий дорожных одежд. В целях повышения трещиностойкости регенерируемой грунтовой смеси предложено использование добавок фибры. Установлено увеличение физико-механических показателей регенерируемой грунтовой смеси с добавкой фибры на основе базальтового волокна и золы-уноса ГРЭС. Доказана эффективность применения добавок фибры и золы-уноса ГРЭС в составе регенерируемой грунтовой смеси для устройства дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог.

В Российской Федерации весьма остро стоит вопрос повышения экологической эффективности лесопользования, иначе говоря, снижения техногенной нагрузки на лесные экосистемы. И, прежде всего, снижения негативного воздействия движителей лесных машин на почвогрунты. При этом речь идет не только о повреждениях почвогрунтов, возникающих при проведении рубок спелых и перестойных лесных насаждений, но и о повреждениях, наносимых при проведении различных лесохозяйственных мероприятий, включая лесовосстановительные работы, рубки ухода за лесом и т. д. В ряде случаев, например, в особо защитных участках леса лесосечные и лесохозяйственные работы не проводятся, но может возникнуть необходимость прохождения через них техники для того, чтобы добраться до находящихся за ними лесных участков, например, для борьбы с лесными пожарами и т. д. В таких случаях необходимо практически полностью исключать негативное воздействие движителей лесных машин на почвогрунты при перемещении машин и персонала. Хорошими защитными свойствами для решения рассматриваемой задачи обладают сборно-разборные дорожные конструкции. В статье представлены результаты сравнительных испытаний различных вариантов сборно-разборных дорожных конструкций с точки зрения их возможностей защитить почвогрунты от негативного воздействия движителей лесных машин. Результаты исследований коррелируются с ранее полученными результатами предшественников в других природно-производственных условиях.

В статье приведены результаты исследования по определению влияния территориально-географического расположения участков заготовки круглых лесоматериалов на основные физико-механические показатели древесины при производстве конструкционных материалов. Для проведения исследования применяли специальные образцы радиальных разрезов ели аянской, которая произрастает в южных материковых лесах Дальнего Востока. По результатам обработки сканированных поверхностей радиальных разрезов установлено, что древесина ели аянской, произрастающей в высотных местностях Хабаровского края, характеризуется более стабильными показателями числа годичных слоев на 1 см древесины радиального разреза. Поэтому исследования свойств древесины, произрастающей на различной высоте над уровнем моря, выполнены для ели аянской, растущей в Приморском крае. Проведенные исследования показали, что толщина поздней зоны древесины ели аянской Приморского края мало зависит от высотности местности ее произрастания и составляет в среднем 0,13±0,04 мм. Установлено, что круглые лесоматериалы, заготовленные в среднегорном массиве Сихотэ-Алиня Приморского края, по показателю плотности соответствуют требованиям ГОСТ 33080-2014 и могут быть использованы при производстве пиломатериалов конструкционного назначения. При этом класс прочности пиломатериалов по показателю плотности «марка С» ограничивается классом С24, и «марка Т» - классом Т14, поскольку значение средней плотности древесины ели аянской на исследуемых территориях не превышает 450 кг/м3. В целом пиломатериалы, производимые из бревен, заготовленных в условиях высотности местности в пределах 200…650 м над уровнем моря, можно классифицировать как конструкционные по физико-механическим показателям при соблюдении нормированных ограничений пороков и строения древесины, учитываемых при визуальной сортировке.

Приводы многоцилиндровых сушильных частей бумагоделательных машин содержат промежуточный (паразитный) шестеренный привод, который передает вращение и крутящие моменты от приводной шестерни к шестерням сушильных цилиндров группы. Одновременно с шестеренным приводом сушильные сетки, получая вращение от сушильных цилиндров, приводят во вращение сетковедущие валы. Таким образом, в сушильных частях применяют две последовательно работающих передачи, шестеренную для вращения сушильных цилиндров и сеточную - для вращения сетковедущих валов. Широкое применение синтетических сушильных сеток позволяет отказаться от паразитного шестеренного привода, заменив его сеточным. Замена паразитного шестеренного привода сеточным значительно сокращает количество зубчатых передач и снижает энергоемкость приводов. В работе исследовано влияние изменения длины сетки сушильной части бумагоделательной машины от температуры, времени и силы нагружения сетки. Рассмотрены свойства синтетических сеток, в том числе данные о допустимой нагрузке сеток. Показан расчет перехода из размеров натуральной сетки к модели-образцу. Для эксперимента приведены расчет необходимых времени, температуры и нагружения в соответствии с натуральными режимами работы сеточной части бумагоделательной машины. Проведен статистический анализ обработки полученных данных. Выполнен пересчет данных экспериментальной модели к натуральной сетке. Как отмечено в выводах, переход от экспериментальных данных увеличения длин и к увеличению длины сетки сушильной части выполнен с применением передаточной функции, включающей масштабы подобия. Получены следующие предельные значения увеличения длины сетки сушильной части: мм = 1,288 м; мм = 2,014 м. Перемещение сетконатяжного вала для начального натяжения равно 2,07 м, а относительное начальное удлинение сетки составляет 6,7 %.

Комплексное использование древесного сырья, получение возобновляемых биоэнергоресурсов - это современный тренд лесной промышленности развитых стран. Производство щепы из лесосечных отходов - один из технологических элементов рационального, экономного природопользования в интересах повышения выхода полезного валового продукта с единицы лесной площади и снижения негативного экологического влияния лесозаготовок. В работе рассмотрен вопрос моделирования технологического процесса производства щепы из лесосечных отходов посредством применения мобильных рубительных машин. Актуальность имитационного моделирования объясняется существенными преимуществами, реализуемыми в современных графоаналитических пакетах программ, а также ограничениями, связанными с возможность и экономической целесообразностью натурного физического эксперимента с реальными машинами. В статье кратко приведена информация о работах других авторов в предметной области исследования. Имитационная модель работы мобильной рубительной машины разработана в среде имитационного моделирования AnyLogic. Имитационная модель является комбинированной агентно-дискретно-событийной моделью. В работе представлен алгоритм взаимодействия рубительной машины, транспортера щепы и предмета труда. Модель предусматривает возможность варьирования значительного числа факторов в интересах адаптации к конкретным лесоэксплуатационным и технологическим условиям. Применение разработанной имитационной модели позволяет провести программную симуляцию процесса очистки лесосеки от отходов в виде порубочных остатков посредством их переработки на щепу с последующим перемещением на склад хранения. Имитационный эксперимент позволяет оценить степень влияния различных факторов на целевые показатели производительности, загруженности и затрат на производство. Материалы работы могут использоваться для совершенствования технологий очистки лесосек, принятия решений при определении состава и сочетания технологического оборудования, необходимого для производства щепы на лесосеке.

Колесные тракторы, использующиеся в лесозаготовительном производстве, сельском и лесном хозяйстве, отличаются большой вариативностью конструктивных параметров и эксплуатационных характеристик. От них напрямую зависят показатели экологической эффективности - воздействия техники на окружающую среду (например, вес машины и параметры движителя определяют глубину колеи и уплотнение почвогрунта) и эксплуатационной эффективности - производительности, энергоемкости (так, например, грузоподъемность и грузовая скорость машины во многом определяют время цикла трелевки). Подбор техники, наилучшим образом совместимой с природно-производственными условиями, параметры которой обеспечивают требуемые показатели экологической и эксплуатационной эффективности, является нетривиальной научно-практической задачей. Для упрощения процесса принятия решений при выборе машин предложены различные классификации техники, что позволяет рассматривать не каждую конкретную модель, а определенный класс с учетом типа природно-производственных условий. В настоящей статье проанализированы сведения о 102 моделях колесных тракторов с формулой 4х4. При обработке данных использован алгоритм кластеризации данных k-средних с метрикой Евклида (k-means). Число кластеров подобрано итерационным путем на основе результатов анализа функции суммарной ошибки разбиения объектов на кластеры (метрика inertia). Программа для проведения расчетов подготовлена на языке Python; расчеты выполнены в среде Google Colab, использована библиотека sklearn. Классификация предложена на основе обобщения результатов разметки объектов.