ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Способ получения модифицированной древесины.

Рекомендуемая область пременения

Может быть использовано для изготовления шахтной крепи и деталей трения из модифицированной древесины. Рис 1.

Назначение, цели и задачи проекта

Упрощение технологического процесса и получение заготовок длинномерных размеров.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Недостатками известных устройств является получение прессованной древесины с невысокими показателями физико-механических свойств. т.к. при прессовании до высокой плотности происходит сдвиг и разрыв волокон.
Невозможность получения длинномерных заготовок, трудоемкость и большая энергоемкость процесса. Это достигается тем, что в способе получения модифицированной древесины, включающем пропитку пластификатором, прессование последовательно вдоль волокон, в радиальном и тангенциальном направлениях и фиксацию формы, согласно изобретению при прессовании в тангенциальном направлении усилие прикладывают на часть заготовки пуансоном, имеющим в зоне контакта с древесиной
горизонтальный участок и участок в форме клина с углом а, определяемым из формулы sin ? <=(?/E)*K  ?- где  предел прочности древесины при растяжении вдоль волокон, Е - модуль упругости древесины при изгибе поперек волокон, Е - ирический коэффициент пропорциональности. а фиксацию формы производят замораживанием жидким азотом и последующим воздействием токами сверхвысокой частоты.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Способ осуществляется следующим образом.

Заготовки древесины промышленных размеров длиной 1,0-2,0 м, сечением, например, 40?200 мм или 100?100 мм, т.е. площадью поперечного сечения 80-100 см² , влажностью 2-4%, пластифицируют

газообразным аммиаком до содержания 3-4% от массы сухой древесины. Затем заготовки помещают в коробчатую металлическую кассету, нагретую до температуры 60-80°С, и прессуют вдоль волокон на 5-8% действием пульсирующей нагрузки 10-20 МП а при комнатной температуре в течение 1-2 минут на стандартном прессе ГРМ-1, усилием 50 тонносил с пульсатором.

                        Рис.1 Детали трения из древстали

Далее заготовки 1, не вынимая из кассеты 2, перепрессовываются штоком 3 гидроцилиндра 4 в пресс-форму последовательного двухосного сжатия 4 с клиновидным приемником. Заготовки с одного торца уплотняют поперек волокон в радиальном, на 9-29%, в зависимости от начальной полости древесины, и тангенциальном, на 29% направлениях волокон до плотности древесинного вещества (1530 кг/м), но не по всей длине заготовки, а участками длиной 100 мм. Заготовку 1 прессуют в тангенциальном направлении волокон одновременно двумя пуансонами: основной пуансон 6 с гидроцилиндром 7 уплотняет участок длиной 100 мм; вспомогательный пуансон 8 с гидроцилиндром 9 неравномерного прессования в форме клина с углом а уплотняет участок длиной 200 мм.  Спрессованный участок ? замораживают жидким азотом 10, после чего заготовку передвигают на 100 мм. Границу фронта замораживания контролируют термопарой 11, размещенной в боковой стенке прессформы 5. Рабочий участок пресс-формы длиной 100 мм с внешней стороны защищен слоем термоизоляционного материала 12 и отделен от пресс-формы прослойкой керамики 13, препятствующей охлаждению всей пресс-формы.  Основной пуансон 6 гидроцилиндром 7 поднимается сразу, а вспомогательный пуансон 8 поднимается гидроцилиндром 9 со скоростью, равной скорости перемещения заготовки (10 мм/с), обжимая древесину и препятствуя ее распрессоеке.

Далее процесс повторяется, пока вся заготовка не окажется в кассете 14. При этом упругие деформации замораживают за счет низкой температуры (-33°С) жидким азотом 10. Спрессованные заготовки попадают в зону действия токов сверхвысокой частоты (СВЧ), где, проходя через волновод 15 (частота 2,4 ГГц, мощность 25 кВт), происходит их нагревание до комнатной температуры. Токи сверхвысокой частоты переводят замороженные упругие деформации в остаточные, за счет чего фиксируется новая форма заготовки. Затем заготовку обрабатывают концевыми фрезами 16 до правильного прямоугольника и на нее надевают коробчатую металлическую кассету 14. Далее заготовку в кассете 14 Помещают в термокамеру, где производят термозакаливание при температуре 120°С в течение 3-4 ч для снятия внутренних напряжений и охлаждают до комнатной температуры.

Расчеты показывают, что для фрагментарного сжатия участков заготовки длиной 100 мм давлением 500 МПа достаточно стандартного пресса усилием 630 тонносил, а не 6-12 тыс. тонносил, как при уплотнении заготовки 1-2 м Время прессования одного участка составляет 30-40 секунд, т.е. время прессования заготовки длиной 2 м составит 10-12 мин. Вслед за первой заготовкой впритык закладывают последующую, и процесс становится непрерывным. Конечным этапом обработки является термозакаливание заготовок в металлической кассете при температуре 120°С в течение 3-4 часов для повышения прочности и придания

водовлагостойкости. Производительность установки 20-25 пог.м/час (0,2 м³) или 1000 м³/год.

Рациональное снижение металлоемкости является одной из основных задач при конструировании современных машин и механизмов. Одним из наиболее целесообразных путей решения некоторых из них является применение модифицированной древесины. Практика работы ряда предприятий показала, что одна тонна модифицированной древесины, использованная в качестве подшипникового материала заменяет 6 - 8 т. бронзы или 15 - 20 т. чугуна, а пои работе в абразивной среде экономит 6 - 8 т. стали.

Направления использования модифицированной древесины     Таблица №2

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Анализ Российского рынка показывает, что каждый год производится около 2 тыс.тонн текстолита, 15-20 тыс.тонн древпластиков и 5-6 тыс.тонн углестеклопластиков, используемых в качестве антифрикционных материалов, всего порядка около 20-25 тыс. тонн.

Новый материал является конкурентоспособным и может заменить собой классические конструкционные материалы для подшипников скольжения изготавливаемых из черных и цветных металлов, пластиков, пластмасс и др. материалов, таких как бронза, баббит, текстолит и др.

            Из модифицированной древесины, в зависимости от назначения, возможен выпуск нескольких видов бруса: Д0 – прессованная древесина; Д1 – антифрикционная прессованная древесина; Д2 – металлизированная прессованная древесина; Д3 – антифрикционная металлизированная прессованная древесина.

Производимый древесный брус служит необходимым материалом для изготовления: подшипников прокатных станов; ползунов лесопильных рам; опорных подшипников тракторов и экскаваторов; направляющих узлов трения штампов; подпятников погружных насосов; подшипников транспортеров и другого транспортного оборудования.

            Подшипники скольжения из модифицированной древесины по износостойкости превосходят подшипники из чугуна, бронзы, пластмасс, особенно при работе в агрессивных средах.

Характеристики модифицированной древесины марки.

Общая стоимость проекта составляет 5000 тыс. руб.

Структура привлечения инвестиций.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Процесс производства модифицированной древесины призван снизить трудозатраты физического труда, за счет использования новых достижений науки и автоматизации производственных процессов.

Производство модифицированной древесины осуществляется на полуавтоматической поточной линии, что повышает производительность труда.

Для производства модифицированной древесины используются малоценные древесные породы (береза, бук), являющиеся самовоспроизводимым ресурсом. Одна тонна конструкционной модифицированной древесины способна заменить 10 тонн бронзы, 8 тонн чугуна, 3-4 тонн пластмасс.

Кроме того, новый конструкционный материал из модифицированной древесины является экологически чистым. В производстве материала не используется никаких токсико-химических материалов.

Технические преимущества: современность оборудования и технологии; высокая производительность технологической линии; быстрая переналадка оборудования на выпускновых видов изделий.

Стоимостные преимущества: использование более низких отпускных цен; применение гибких условий; низкая себестоимость.

Ориентировочная стоимость нового материала: Д0 – 180 руб/кг; Д1 – 220 руб/кг; Д2 – 290 руб/кг; Д3 – 400 руб/кг.

Новые потребительские свойства продукции

Коэффициент трения изделий из древесииы-0,09-0,11; Допустимая температура в узле трения-100°С; Максимальная нагрузка в статике -60 МПа, в динамике – 15 МПа.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Наличие технической возможности освоения проекта на существующих предприятиях и предполагаемый объем инвестиций. Получен опытно-промышленный образец. Готовый на 100% (дальнейшее продвижение невозможно из-за отсутствия финансирования). Проект содержит комплект рабочих чертежей и математических моделей.

Предлагаемые инвестиции

5 млн. руб.
+ Стоимость сертификации составит – 5000 USD

Рынки сбыта

Рынками сбыта изделия могут стать, как Россия, так и зарубежные страны.
Идут переговоры с ОАО «Ростсельмаш»

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемый проект не имеет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции и услуг.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

27.03.2007