CC BY
32
НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС
Нами разработаны алгоритм, математическая модель, программное обеспечение (две программы для ЭВМ зарегистрированы в государственном Реестре: № 2008614147 и № 2009610561) и методика, позволяющие решать вышеуказанные задачи [3, 6].
По заданию Агентства лесной отрасли Администрации Красноярского края на базе наших разработок были спроектированы схемы лесных дорог и определена экономическая доступность ресурсов древесины, расположенных в Кежемском, Богучанском и части Мотыгинского района Красноярского края, где сосредоточено более ста арендных участков с суммарной расчетной лесосекой 77,5 тыс. га. Лесозаготовки на этих участках обеспечивают значительную часть краевых лесоперерабатывающих предприятий, в том числе и для обеспечения древесиной строящегося Богучанского ЦБК. По условию задачи древесина заготавливается на реальных арендных участках, расположенных на территории вышеуказанных районов, и доставляется на цБК (п. Ярки) автомобильным транспортом по существующим, а там где их нет - проектируемым (по нашей методике) дорогам. Расчеты выполнены для нескольких вариантов исходных данных, представленных в табл. 1.
Вычисленные радиусы экономической доступности, при рентабельности освоения участка леса - 0, 10, 20 % по трем вариантам приведены в табл. 2.
Результаты расчетов и проектирования сети дорог по варианту 2 представлены на рисунке.
Ранее нами неоднократно было апробировано данное информационно-аналитическое обеспечение на арендных участках Ангаро-Енисейского региона [2, 3, 6]. В данном случае приведен пример определения экономической доступности и проектирования схем сети лесных дорог (магистралей) для весьма крупного объекта. Для таких объектов экономическая доступность участков леса определяется в виде радиусов с заданным уровнем рентабельности. Для более детального анализа и разработки схем сети лесных дорог каждого арендного участка необходимо исследовать их по отдельности по разработанной и апробированной нами методике.
Библиографический список
1. Болотов, О.В. Математическое моделирование динамики лесного фонда и оптимизация лесопользования / О.В. Болотов, Ю.М. Ельдештейн, А.А. Колесник // Лесной журнал. ИВУЗ. - Архангельск: АЛТИ, 1999. - № 6. - С. 27-31.
2. Болотов, О.В. Моделирование и оптимизация размеров главного пользования лесом: монография / О.В. Болотов, Ю.М. Ельдештейн, А.С. Болотова.
- Красноярск: СибГТУ 2004. - 80 с.
3. Болотов, О.В. Основы расчета и планирования устойчивого управления лесопользованием: монография / О.В. Болотов, Ю.М. Ельдештейн, А.С. Болотова, А.П. Мохирев, Е.В. Горяева. - Красноярск: СибГТУ, 2005. - 183 с.
4. Анучин, Н.П. Проблемы лесопользования / Н.П. Анучин. - М.: Лесн. пром-сть, 1986. - 264 с.
5. Болотов, О.В. Оценка эколого-экономического потенциала и доступности лесных ресурсов // Вестник КрасГАУ Производство товаров и услуг.
- Красноярск: КрасГАУ, 2006. - № 8. - С. 79-82.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ
энергоемкости и повышения надежности работы машин и оборудования в лесопромышленном комплексе
А.А. БОРОЗНА, проф. каф. сухопутного транспорта леса СПбГЛТУ, канд. техн. наук,
Э.О. САЛМИНЕН, зав. кафедрой сухопутного транспорта леса СПбГЛТУ, канд. техн. наук, Д.В. ПУШКОВ, асп. каф. сухопутного транспорта леса СПбГЛТУ
Дорожно-строительные и технологичес- чительном удалении от сервисных центров и кие машины и оборудование в лесной от- ремонтных баз. В связи с этим проблема по-расли работают в тяжелых условиях, на зна- вышения надежности и работоспособности
16
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»
машин является особенно актуальной. Не менее актуальной является и проблема снижения потребления энергии на технологические процессы.
Исследования кафедры сухопутного транспорта леса СПбГЛТУ совместно с филиалом кафедры в ОАО «НПК РусПромРе-монт» по повышению эффективности работы машин и оборудования за счет использования нанотехнологий имеют большое практическое значение для различных отраслей, в том числе и для лесного комплекса страны.
В лесной промышленности используется разнообразная техника как на технологических операциях лесозаготовок и переработки древесины, так и на транспортных операциях по доставке лесного сырья в пункты переработки и готовой продукции в сфере потребления. Любая техника имеет трущиеся пары. Долговечность, надежность и работоспособность техники зависит от состояния трущихся пар.
Даже очень хорошо подготовленная поверхность стали при рассмотрении под
микроскопом имеет вид вспаханного поля с чередой пиков, кратеров и редких равнин между ними (рис. 1).
В процессе движения этих поверхностей наиболее выступающие (рис. 2) пики приходят в соприкосновение и выбивают друг друга, образуя на обеих поверхностях по микрократеру. (рис. 3)
В каждый последующий момент работы будут соприкасаться и стираться другие выступы микрорельефа, добавляя в масло все новые и новые частицы металла, увеличивая зазоры. Классический способ борьбы с трением - использование «масляного клина « в зонах трения - приводит к существенному уменьшению вышеописанных эффектов, и до недавнего времени задача увеличения ресурса механизмов решалась путем улучшения свойств применяемых масел, а также специальной обработки металлических поверхностей.
В состав присадки входят антиокислительные, антизадирные и заполняющие элементы. В процессе трения крупные кратеры на поверхностях металла заполняются
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
17
НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС
и частично выровненные поверхности как на шариках антизадирных элементов проскальзывают друг по другу. Основной недостаток данной технологии состоит в том, что в местах трения все время необходимо наличие присадки, причем в достаточной концентрации. Постоянное поддержание значительной концентрации присадок в системе подачи масла приводит к тому, что в процессе работы механизма продукты износа присадок постепенно засоряют узкие места масляных каналов, давление снижается и т.д. Кроме того, применение присадок лишь притормаживает процесс износа пар трения, по существу не восстанавливая технических характеристик агрегата.
Значительного снижения расхода энергии и повышения надежности и работоспособности механизмов можно добиться за счет использования РВС - технологии, при которой на поверхности пар трения образуется модифицированный слой, обладающий высокой прочностью и низким коэффициентом трения.
Это российское изобретение с 2007 г. включено в государственную целевую программу по нанотехнологиям. РВС - это мелкодисперсная (размер частиц 1-10 мкм), многокомпонентная смесь минералов, добавок, катализаторов. Основным сырьем для его изготовления являются шунгит, серпентинит и нефрит. Добавки и катализаторы - это «ноу-хау».
Попадая на поверхности трения и контакта работающих механизмов, частицы РВС модифицируются сами и модифицируют поверхности трения
Процесс образования модифицированного слоя на поверхностях пар трения происходит следующим образом. В соответствии с технологией ремонтно-восстановительные составы (РВС) добавляются в носитель, в данном случае масло, причем не новое, а уже имеющее в составе продукты трения. Если условно разделить протекающие процессы на этапы, то можно представить себе картину следующим образом. За счет высоких абразивных свойств РВС в местах контакта происходит суперфинишная обработка по-
верхностей трения - очистка нагаров, окислов, деструктурированного масла. В местах локального контакта в микрообъемах возникают высокие температуры (до 1000 °С и более), что приводит к инициации микрометаллургических процессов - микросхватывания, микросваривания и шаржирования. В результате происходит «приплавление» частиц РВС к кристаллической решетке поверхностного слоя стали (рис. 4).
Практически одновременно с этим происходит нагартовка несработанных частиц РВС, частиц металла и других продуктов трения в углубления микрорельефа (рис.
4). Поскольку элементы РВС работают как катализаторы, в местах нагартовки создаются условия для активного протекания окислительно-восстановительных процессов. В результате этих реакций происходит образование модифицированного слоя. Одновременно в пограничной области происходит образование новых кристаллов, наращенных на кристаллической решетке металла (рис. 5). В дальнейшем эти кристаллы ориентируются вдоль поля и срастаются, образуя на всей поверхности пятна контакта непрерывный ряд твердых растворов - монокристаллы (рис. 6).
Все вышеуказанные процессы на самом деле протекают практически одновременно и имеют место до тех пор, пока в носителе не иссякнет добавленный материал РВС или пока в системе не наступит равновесие: все зазоры будут выбраны до оптимальной величины, определяемой термодинамическими процессами, протекающими в каждой точке локального контакта данной системы. В конечном счете оптимизация зазоров в местах контакта определяется конструктивными особенностями самой системы и всего агрегата в целом. Теперь в местах контакта вместо трения металл-металл будет металл-модифицированный слой, а эта пара имеет значительно меньший коэффициент трения и гораздо большую износоустойчивость. Кроме того, после такой обработки существенно меняется роль масла - оно уже не должно играть роль эффективного третьего тела в паре трения, а лишь выполнять функцию теплоотвода.
18
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»
Основные отличия составов РВС от существующих присадок:
- Низкая стоимость относительно получаемого технико-экономического эффекта.
- Не требуется поддержания постоянной концентрации в масле.
- Не требует последующих добавок после замены масла.
- Образуются не пленочные покрытия, а модифицированная поверхность самого металла, образующаяся за счет инициации микрометаллургических процессов и энергии, выделяемой при трении.
- Способность наращивать поверхности разной толщины, оптимизируя существующие зазоры в паре трения.
- Универсальность по отношению к подавляющему большинству используемых конструкционных сплавов металлов и типов смазок.
- Относительная независимость от типа пары трения и режима ее работы.
- Возможность безаварийной эксплуатации обработанной пары трения без присутствия масла или смазки продолжительное время.
- Экологически чистый продукт при производстве и применении (класс опасности приравнивается к пищевым продуктам).
Преимущества РВС-Технологии (RVS-Technology) по сравнению с традиционными способами обслуживания и ремонта механизмов:
- работы выполняются в режиме штатной эксплуатации оборудования без остановки технологического процесса;
- при своевременном применении значительно дешевле и эффективнее традиционного ремонта;
- позволяет восстанавливать эксплуатационные характеристики оборудования с износом до 50 %, а в отдельных случаях имеющего предельно допустимый износ;
- применяется не только для восстановления изношенных узлов механизмов, а также для предотвращения износа новых;
- ремонтно-восстановительные составы не влияют на физико-химический состав масел и смазок, не требуют добавки при замене последних, т.к. не являются присадками.
- РВС в смазках не растворяется, в химические реакции с ними не вступает. Вязкость не меняет (ввиду очень малой концентрации РВС в масле).
- экологически безвреден как в порошке, так и в процессе его приработки.
- для донесения РВС до поверхности трения может быть использован любой жидкий носитель (масло, керосин, спирт и вода и прочее). Эти же жидкие носители обеспечат устранение с поверхности трения и контакта продуктов износа и разложения масел (присадок) в процессе приработки частиц РВС.
Основные свойства и показатели получаемого модифицированного слоя
1. Коэффициент линейного термического расширения - 13,6-14,2.
2. Очень низкий коэффициент трения - около 0,007.
3. Микротвердость поверхностей -690-710 НУ
4. Ударная прочность - 50 кг/мм2.
5. Высокая коррозийная стойкость.
6. Повышенная износостойкость.
Опыт ремонта различного оборудования с использованием РВС-технологии позволяет утверждать, что в восстановленном агрегате:
1. Ресурс восстановленного агрегата намного превышает ресурс нового.
2. Восстанавливается компрессия и увеличивается мощность любых ДВС.
3. Расход топлива и электроэнергии снижается на 10-20 %.
4. Уменьшаются потери на трение и повышается КПД.
5. Уменьшается вибрация и шум.
6. Снижается содержание СО в выхлопных газах.
В настоящее время работа по дальнейшему совершенствованию РВС-технологий включена в перечень работ Санкт-Петербургского Центра нанотехнологий.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
19
