Технология вторичной переработки деревянных шпал

Аннотация. В данной работе представлен вариант переработки деревянной шпалы путем распила и склеивания из пригодных брусков новую, пригодную для укладки в путь шпалу. Данная технология еще не разу не применялась и является хорошей перспективой ресурса-сбережения.

Abstract. This paper presents a variant of the recycling of wooden sleepers by cutting and gluing of suitable bars new, fit for laying in the sleeper. This technique has never been used and is a good prospect of resource savings.

Ключевые слова. Деревянные шпалы, брус, рециклинг, увеличение срока службы, вторичная переработка, клееная шпала.

Keywords: Wooden sleepers, timber, recycling, longer service life, laminated sleeper.

Цель работы - является разработка и внедрение эколого-экономичного способа рециклинга отработанных деревянных шпал, позволяющего в едином технологическом процессе их подготовку, придание им улучшенных эксплуатационных свойств и повторное использование. Одним из вариантов было создание клееной шпалы. Идея создания такого бруса заключается в следующем: после истечения срока эксплуатации шпал с пути, их отправляют на перерабатывающие предприятия, где шпалы распиливают.

В целях более экономичного использования ресурсов в ходе утилизации мы предлагаем 2 варианта распила шпалы: а) распиливание шпалы на 6 частей  (Рисунок 1., а); б) распиливание на 9 частей (Рисунок 1., б).

а)                                        б)

Рисунок 1. Варианты рационального распиливания деревянной шпалы

В дальнейшем в процессе утилизации используем оставшиеся деревянные бруски определенных размеров. Для дальнейшего анализа и сравнения рассмотрим оба варианта распила.

Вариант 1 (рис.1, а): данный вариант наиболее удобен для распила шпалы, так как необходимо всего 3 прохода ленточного лесопильного станка. Но здесь есть один большой недостаток - в данном случае необходимо, чтобы одна из граней шпалы была в удовлетворительном состоянии, т.е. без признаков гниения и излишних растрескиваний древесины.

Размеры брусков будут иметь следующие размеры: 1200х77х80-длинные бруски, и 350х77х80 - короткие бруски. Длинные бруски берем из средней части шпалы, а короткие из боковых частей.

В результате получаем следующую схему сборки клееной шпалы (рис.3):

Рисунок 3. Схема сборки клееной шпалы по 1-ому варианту распила

Для изготовления данной шпалы, размеры которой будут соответственно 2700х230х160, нам потребуется:

1) Длинные бруски -12 шт.;

2) Короткие бруски - 6шт.

В результате склеивания брусков получим следующую модель (рис.4):

Рисунок 4. 3D модель клееной шпалы по 1-ому варианту склеивания

Далее рассчитаем площадь поверхности брусков. Бруски размером 1200х77х80 (длинные) имеют площадь: 

Бруски размером 350х77х80 (короткие) имеют площадь: 

При сборке шпалы мы будем использовать эпоксидную смолу. Для начальных расчетов будем считать, что нанесение клея  на наружные грани отсутствует.  Клей будем наносить на обе поверхности брусков толщиной 0,5 мм.

Площадь нанесенного клея для склейки шпалы составит: 

При толщине слоя 0,5 мм объем клея составит: 2389,14 см²

Используя переводной коэффициент, масса клея для склейки одной шпалы составит: 2,867 кг

Теперь рассмотрим следующий вариант склейки шпалы.

Вариант 2 (рис.1, б): при распиле шпалы  таким образом  необходимо 4 прохода ленточной пилы.

Рисунок 5. Геометрические размеры деревянных брусков при 2-ом варианте склеивания
 

В этом случае получается 6 пропилов, но мы получаем 4 бруска без обзола.  Для изготовления данной шпалы размером 2700х230х160 при данной схеме сборки (рис.8) нам потребуется:

Рисунок 8. 2-ой вариант склеивания деревянных брусков

1) Длинные бруски -18шт.;

2) Короткие бруски – 9 шт.

Данная клееная шпала будет иметь следующий вид (рис.9):

Рисунок 9. Модель клееной шпалы 2-ым способом склеивания брусков

Бруски размером 1200х77х53 имеют площадь: 

Бруски размером 350х77х53 будут иметь площадь: 

Общая площадь склеивания составит: 

Толщина слоя клея будет приблизительно 0,5мм, исходя из этого рассчитаем общее количество клея в объеме шпалы: 

Масса клея: 

Таким образом предоставлено 2 варианта распила и склейки деревянной шпалы, подсчитан расход связующих материалом. На данный момент опытные образцы проходят испытания.