авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Совершенствование формирования и прессования древесностружечных плит

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Плотников Сергей Михайлович

Совершенствование

формирования и прессования

древесностружечных плит

Специальность 05.21.05 – Древесиноведение,

технология и оборудование деревообработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Красноярск – 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» и в Дрезденском техническом университете

Научный консультант

доктор технических наук, профессор Пантелеев Василий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Цветков Вячеслав Ефимович

доктор технических наук, профессор Сергеевичев Владимир Васильевич

доктор технических наук, профессор Ермолович Александр Геннадьевич

Ведущая организация: ЗАО «ВНИИДРЕВ», г.Балабаново

Защита состоится 15 мая 2009 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д.212.253.04 при ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» по адресу:

660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82

Отзывы (в двух экземплярах с заверенными подписями) просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет».

Автореферат разослан _________________ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук., доцент Мелешко А. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. При наличии самого большого в мире и относительно дешевого природного запаса древесины Россия в настоящее время обеспечивает лишь 5% мирового объема производства древесностружечных плит (ДСтП). Экспорт ДСтП практически отсутствует, а производства плит из крупноразмерной ориентированной стружки (OSB) просто нет. Вырабатываемые отечественными производителями ДСтП неконкурентны на мировом рынке как по ценам, так и по качеству, технический уровень оборудования невысок, а многие линии морально устарели. В связи с интеграцией России в международный рынок и, соответственно, со снижением пошлин на импортную плитную продукцию, отечественным производителям плит следует уделять больше внимания качеству выпускаемой продукции в связи с возрастающей конкуренцией. Этому способствует правительственная программа по внедрению передовых наукоемких технологий в сфере глубокой переработки древесины.

Совершенствование технологии производства ДСтП, включая оптимизацию структуры плит, ориентацию древесных частиц, возможности устранения покоробленности плит, а также вопросы повышения производительности прессового оборудования, изучалась в таких организациях и фирмах, как ВНИИДрев, МЛТИ, СПбГЛТА, СибТИ, ЦНИИФ, УкрНИИМОД, Дрезденский ТУ, Siempelkamp, Diffenbacher. Большой вклад в эти исследования внесли российские ученые А.А Поздняков, О.Е. Поташев, Ю.Г. Лапшин, В.В. Гамов, Н.П. Анисова, В.П. Жуков, А.Ф. Базанов, Н.И. Остапенко, а также зарубежные исследователи Е. Рlath. R. Keilwerth, H.-A. May, P. Niemz, A. Hnsel, E. Kehr, R Scherfke, E. Dobrowolska, Н. Turner, S. Dueholm и др.

Данные исследования затрагивали выявление рациональных размеров древесных частиц, формирование профиля плотности плит. Однако для наиболее распространенных сегодня трехслойных плит вопрос рационального соотношения слоев, которое позволило бы максимизировать основной физико-механический показатель плит - предел прочности при статическом изгибе, остается открытым. Не решена и проблема автоматического поддержания данного соотношения формирующими машинами, а также проблемы изготовления ДСтП с несимметричной структурой. В настоящее время отсутствуют теоретические положения для модернизации современных ориентирующих устройств, используемых в производстве плит OSB, в частности, нет методики расчета поступательного и вращательного движения ориентирующих органов механических ориентирующих устройств, не решены многие конструктивные вопросы данного оборудования. По-прежнему имеет место такой дефект плит, как покоробленность. Традиционные способы уменьшения покоробленности трудоемки и не поддаются автоматизации. Должного внимания не уделено вопросам сокращения вспомогательного времени в цикле прессования. В то же время за счет данного параметра возможно повышение производительности оборудования без больших капитальных затрат. Практически не рассмотрены также возможности получения на традиционном оборудовании декоративных плит с заданным ограниченным изгибом, которые могли бы быть выгодно использованы в мебельной промышленности и строительстве.

Цель работы – разработка теоретических основ и технических решений, направленных на повышение качества и эффективности производства древесностружечных плит.

Объекты исследования – технологические процессы производства древесностружечных плит.

Предмет исследования – физические явления, характеризующие технологические процессы формирования стружечного ковра и прессования древесностружечных плит.

Задачи исследований:

1. Анализ существующих способов и выявление возможностей улучшения основного механического показателя трехслойных плит – прочности на статический изгиб, разработка модели рационального соотношения слоев по сечению плиты и принципов управления формирующей машиной, реализующих данную модель.

2. Систематизация способов ориентации древесных частиц при формировании стружечного ковра, установление функциональных связей между технологическими параметрами и степенью ориентации частиц, развитие основ построения автоматических систем оптимальной ориентации частиц.

3. Разработка комплекса принципиально новых механических ориентирующих устройств, улучшающих процесс и качество ориентации древесных частиц.

4. Развитие теоретических положений по оптимизации смыкания плит большеформатных прессов и построению автоматических систем смыкания, обеспечивающих минимальную продолжительность смыкания плит при ограниченном скоростном движении среды из межплитного пространства.

5. Исследование динамики коробления древесностружечных плит непосредственно после выгрузки из пресса.

6. Создание активных способов управления покоробленностью древесностружечных плит и разработка на их основе автоматических систем устранения покоробленности в прессах периодического и непрерывного действия.

7. Разработка основ изготовления на традиционном оборудовании асимметричных древесностружечных плит и плит с конструктивно заданной кривизной поверхности.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. Методы математического моделирования технологических процессов, экспериментальные методы испытания древесных частиц и плит на специально разработанных стендах, методы планирования эксперимента, статистические методы обработки результатов экспериментов, методы теории автоматического управления. Достоверность теоретических решений обеспечивается корректным использованием математического аппарата и удовлетворительной сходимостью полученных результатов с экспериментальными данными.

На защиту выносятся:

- разработанные теоретические положения: модель трехслойной плиты, учитывающая изменение модулей упругости слоев; модель, описывающая поведение древесных частиц в механическом ориентирующем устройстве; математическое описание движения среды в межплитном пространстве при смыкании большеформатных прессов;

- результаты экспериментальных исследований коробления ДСтП, происходящего в результате погрешностей технологических параметров, а также закономерности изменения этого коробления:

- предложенные на основе динамических моделей коробления активные способы управления покоробленностью ДСтП;

- предложенные на уровне изобретений автоматические системы:

формирования стружечного ковра с рациональной структурой,

оптимальной ориентации древесных частиц,

оптимального смыкания плит пресса,

управления покоробленностью ДСтП;

- комплекс новых механических устройств для ориентации древесных частиц;

- обоснование изготовления ДСтП с асимметричной структурой и плит в виде пологих оболочек заданной конфигурации, производимых на существующем оборудовании.

Научной новизной обладают:

1. Геометрическая модель многослойной плиты и разработанный на ее основе способ формирования многослойного стружечного ковра для получения ДСтП оптимальных по прочностным показателям.

2. Построенная на физических законах модель поведения древесных частиц в механических ориентирующих устройствах и способы ориентации древесных частиц, позволяющие минимизировать угол разброса частиц в стружечном ковре.

3. Модель поведения среды при смыкании плит пресса и способ, позволяющий минимизировать продолжительность смыкания большеформатных прессов периодического действия.

4. Динамическая модель коробления плиты и полученная на ее основе теоретическая база для разработки способов управления покоробленностью ДСтП за счет активного воздействия на технологические параметры в процессе изготовления плит.

Практическая значимость работы. Разработанные в диссертации теоретические положения и методы являются базой для проектирования автоматических систем:

- повышающих качество ориентации и прочность на изгиб изготовляемых ДСтП;

- ускоряющих смыкание крупноформатных прессов;

- управляющих покоробленностью плит новыми активными методами.

Такие системы позволят улучшить качество продукции, повысить производительность оборудования без существенного изменения технологии и больших капвложений, а также позволят получать на традиционном оборудовании такие новые материалы, как асимметричные плиты для горизонтальных несущих элементов и плиты в виде пологих оболочек.

Реализация результатов работы. Результаты работы используются в ООО «Красплитпром», в учебном процессе Московского государственного университета леса по дисциплинам «Технология древесных плит» и «Автоматизация технологических процессов деревообрабатывающих производств», в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии по направлениям «Технология деревообработки», «Автоматизация технологических процессов и производств», в Сибирском государственном технологическом университете по дисциплинам «Технология древесных плит и пластиков» и «Технология клееных материалов и древесных плит».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на ежегодных научно-технических конференциях СТИ и СибГТУ (Красноярск, 1989–2007), на 7-й и 8-й научно-технических конференциях «Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности» (Киев, 1989 и 1991 гг.), на 2-м международном евразийском симпозиуме «Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века» (Екатеринбург, 2007 г.), на международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2006–2008 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 54 научные работы, в том числе 1 монография, 15 статей, рекомендуемых ВАК, 27 авторских свидетельств и патентов на изобретения, 2 статьи в зарубежных изданиях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка, включающего 131 наименование, и 2 приложений. Работа изложена на 292 листах машинописного текста, содержит 100 рисунков, 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, дана общая характеристика работы, показана научная новизна и практическая ценность работы, сформулированы основные положения работы, выносимые на защиту.

В первой главе работы проводится анализ резервов улучшения основного механического показателя ДСтП - прочности на изгиб без увеличения расхода связующего. Основные возможности в этом направлении: трехслойная плита; оптимальное формирование соотношения внутреннего и наружных слоев исходного стружечного ковра; стабилизация насыпной массы слоев; наиболее полная ориентация наружных слоев.

Современные формирующие машины настраивают на определенную толщину или плотность формируемых стружечных ковров, соотношение внутреннего и наружных слоев в которых имеет постоянное, заранее заданное значение, не зависящее от состава и качества исходного сырья. Это приводит к тому, что изготовляемая ДСтП не обладает максимально возможной прочностью на изгиб. Данный параметр можно значительно улучшить за счет подбора рационального соотношения слоев стружечного ковра. Такая оптимизация производилась на основе моделей сечения плиты.

Исходя из моментов сопротивления сечений плиты при одинаковом количестве стружечно-клеевой смеси в единице объема, получена степень увеличения предела прочности k0 рационально сформированной трехслойной плиты по отношению к однослойной плите той же средней плотности:

, (1)

где - коэффициент соотношения слоев, показывающий, какую часть толщины плиты занимает внутренний слой;

- коэффициент, характеризующий соотношение модулей упругости наружных и внутреннего слоев;

Ен, Ев – модули упругости наружных и внутреннего слоев плиты.

Величина изменяется от 1 (однослойный ковер без фракционирования) до 2,5 и более (трехслойный ковер) и зависит от породы исходной древесины, количества связующего в слоях, формы, размеров и степени ориентации стружки. Соотношение толщин наружных и внутреннего слоев в трехслойных плитах с обычной поверхностью рекомендуется принимать постоянным и равным 1:4:1 (доля наружных и внутреннего слоев составляет соответственно 33 и 67 %), а для трехслойных плит с мелкоструктурной поверхностью – 1:3:1 (40 и 60 %). Однако данное соотношение весьма приближенное и, с учетом непрерывного изменения технологических параметров, далеко не всегда оптимально.

Для оптимизации структуры трехслойной плиты по критерию ее прочности на изгиб при различных величинах найдены такие значения , при которых величина k0 максимальна. Результаты максимизации выражения (1) представлены на рисунке 1.

  Зависимость повышения предела-3

Рисунок 1 – Зависимость повышения предела прочности плиты от соотношения слоев и соотношения модулей упругости

Соотношение масс стружки в слоях ковра можно измерить косвенным способом. В формирующих машинах с объемным дозированием и контролем стружечной массы толщина насыпаемого стружечного ковра обратно пропорциональна его плотности. Модуль упругости пропорционален плотности плиты, поэтому отношение модулей упругости наружных и внутреннего слоев изготовляемой плиты можно косвенно определить через соотношение толщин соответствующих слоев формируемого ковра:

, (2)

где н, в – плотности наружных и внутреннего слоев плиты;

нк, вк – насыпная плотность стружечной массы наружных и внутреннего слоев исходного ковра;

hнк, hвк – толщина наружных и внутреннего слоев исходного ковра.

Условие (2) позволяет установить, как в процессе формирования трехслойного стружечного ковра должна изменяться его структура, чтобы готовая плита имела максимальную прочность на изгиб, независимо от изменения состава сырья. На основании выражений (1) и (2) разработаны системы оптимального формирования стружечного ковра. На рисунке 2 представлена система автоматического управления (САУ) со стационарным размещением разравнивающих вальцов, в которой расчетное соотношение слоев задается за счет скоростей соответствующих питающих транспортеров. Такая система требует оперативного измерения только двух величин: масс внутреннего и одного из наружных слоев формируемого ковра.

  САУ формированием-5

Рисунок 2 – САУ формированием трехслойного ковра:

1- формирующий транспортер; 2,3 – питающие транспортеры наружных слоев; 4 – питающий транспортер внутреннего слоя; 5-7 – электроприводы; 8-10 – разравнивающие вальцы; 11, 12 – измерители массы; 13, 14 – усилители; 15 – блок деления; 16 – блок нелинейности; 17 - управляемый блок деления

В первой главе представлены также разработанные автором системы, автоматически стабилизирующие массу слоев стружечного ковра, позволяющие снизить колебания плотности и разнотолщинность изготовляемых плит.

Во второй главе диссертационной работы выполнен анализ существующих способов ориентации древесных частиц, разработаны основы расчета и проектирования наиболее распространенных в производстве механических ориентирующих устройств: дисковых и использующих гибкие и жесткие направляющие органы, соседние ветви которых движутся в противоположных направлениях.

Общее движение древесной частицы в ориентирующем устройстве разделено на падение под действием силы тяжести и на вращательное движение, придаваемое частице направляющим органом.

На основе теоретических положений получено выражение скорости падения частицы:

. (3)

В частном случае при V0 = 0 эта скорость определяется выражением гиперболического тангенса и асимптотически стремится к значению :

, (4)

где ;

g – ускорение свободного падения;

Сх – коэффициент лобового сопротивления;

В – плотность воздуха;

h, д – соответственно толщина частицы и плотность древесины.

В работе проведено экспериментальное определение коэффициента Сх плоских древесных частиц. Установлено, что с увеличением толщины частиц значение коэффициента Сх несколько падает, причем при изменении толщины частиц в 5 раз значение Сх изменяется только на 11%. Для плоских частиц, применяемых в производстве ДСтП, коэффициент лобового сопротивления можно принять равным 1,83. При этом погрешность расчетов, независимо от толщины частиц, не превысит 5,5 %. Длина и ширина частиц практически не оказывают влияние на величину коэффициента лобового сопротивления.

На основе теоретических положений получено выражение угла разворота частицы за время t ее движения от направляющего органа до поверхности стружечного ковра:

, (5)

где М - момент сопротивления воздуха, действующий на частицу;

J - момент инерции частицы;

- начальная угловая скорость частицы;

V – скорость движения направляющего органа;

hн – шаг ориентации (расстояние между соседними ветвями направляющего органа).

Считая, что после отрыва от ветвей направляющего органа частица должна развернуться, скомпенсировав начальный угол схода, определяем оптимальную скорость перемещения направляющего органа, при которой средний угол ориентации частиц в ковре 0:

, (6)



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.