① 背景 对植物原料（包括木材原料）研磨解离机理的研究一直是纤维板和造纸设备生产企业及相关学者研究的重点内容，是关系到纤维板生产和纸浆生产的前沿性课题之一。 国家林业局的统计数据显示，2001 年我国纤维板年产量为570.11 万m3，到2015 年年产量已达到6546.36 万m3，15年间产量提高了十几倍，稳居世界范围内纤维板产量首位。与纤维板产量的高速增长相比，我国纤维板生产的工艺与技术研究水平却是极不相称的。目前总体上处于"高能耗，低成效；浪费大，品质差"的状态，尤其是纤维板生产纤维制备工段能源消耗大，其电耗居各工段首位、热耗仅次于热压工段；热磨机分离纤维所需装机功率都在几千千瓦以上，但效率普遍低于75%，若加上热损耗，纤维板制备纤维工段的能源综合利用率尚不及50%，能源浪费的严重性。形成这一现状的主要原因在于对纤维板生产中的工程应用性基础理论研究不够，特别是在本课题研究所关注的纤维制备环节基础理论研究更为薄弱，可提供的基础理论和技术支撑缺乏，对热磨机和磨片的结构创新设计不足，国内综合研究水平远落后于发达的工业国家。 ②创见与创新 对木材原料的研磨解离过程进行了模型分析，获得了原料在磨片间隙及磨齿齿槽内的运动特征；基于模型分析结果，建立了木材原料在磨片间隙及磨齿齿槽内运动的轨迹方程，实现了对木材原料的研磨解离过程的图形描述；实验研究了磨片齿刃比负荷对纤维分离形态的影响，得到磨片齿刃比负荷对纤维长度、长径比均有影响显著，这为分析木材原料在动载作用下断裂解离的分形特征奠定基础。 研究建立了表达木片断裂的分形断裂模型与动载作用下木片断裂的分形力学模型，通过模型研究发现了动载作用下木片断裂时能量消耗的主要影响因素，获得了磨片齿形结构参数对纤维分离能耗的影响关系，探求优化磨片结构减少能耗的新途径，为建立磨片齿形结构优化设计提供了理论支撑，发明了一套大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法。获得发明专利1项，实用新型专利1项，为热磨机节能降耗、提高解纤质量及其磨片结构的优化设计提供理论和技术依据。 根据实验研究的需求，发明设计、制造了木材剪切/冲击力学试验台、实验热磨机，为木材原料的横、纵向剪切与冲击断裂实验的试件制作、纤维制备提供方法及依据，添补国内此领域实验设备的空白；发明了木片断口分形维数测定采用三维扫描仪提取木片断口的三维片体模型，计算得到木片断口分形维数的方法，获得发明专利2项，实用新型专利2项。 应用纤维分离过程中能耗的产生机制与组成的理论研究，开发设计和应用了双端面机械密封结构，减少了磨浆过程中的能耗；应用木材原料研磨解离过程的模型分析得出的理论，设计出新型主轴系统支撑结构和主轴轴承结构；根据动载作用下木片断裂时能量消耗的理论，设计全新的磨室体无损伤定盘调整机构和热磨系统磨浆腔体结构，有效地保证了动静磨盘的平行精度，使纤维通路的摩擦阻力、磨损、积累等最小，提高热稳定性，获得实用新型专利7项。 首次系统的展开纤维制备工段能耗生命周期评价理论框架的研究，以及纤维制备工段能耗生命周期评价模型及分析，建立了纤维制备阶段的能耗定量分析及评价方法，为纤维生产设备的节能降耗提供新的理论方法。 ③应用推广及效益情况： 项目研究取得了多项具有创新性的理论和实际应用价值的成果：获得3项发明专利、10项实用新型专利，发表学术论文26篇，培养博士研究生4名，硕士研究生8名。专利技术应用于课题研究和生产实际，创新了纤维解离理论和实验方法；两家企业应用了此项成果，用于年产10-15万m3的1条纤维板生产线，减少原材料及能源消耗5%，1套磨片可节汇1.5万美元；3年来累计新增利润1752万元，节约外汇195万美元，提高了木纤维分离质量、降低了生产能耗。研究成果的应用具有良好的经济和社会效益，应用推广前景广阔。

东北林业大学

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