Совершенствование формирования и прессования древесностружечных плит

Известно, что предел прочности на сжатие параллельно пласти в 1,5-1,7 раз превышает предел прочности на растяжение при прочих равных условиях. Под действием изгибающей нагрузки излом однородной плиты всегда начинается на нижней стороне, испытывающей растяжение, в то время как верхняя часть плиты имеет «завышенную прочность». Очевидно, для максимальной прочности на изгиб плита должна быть равнопрочной конструкцией относительно изгибающей нагрузки. Делая верхнюю и нижнюю стороны плиты (относительно центральной горизонтальной плоскости) равнопрочными, возможно либо экономить связующее в верхних слоях плиты, либо использовать в них низкокачественное сырье. Экономия связующего в слое, работающем на сжатие, %:

,(32)

где - содержание связующего в данном слое по сухому остатку, % к массе абсолютно сухой стружки;

- коэффициент отношение прочностей на сжатие и растяжение.

Экспериментальные исследования показывают, что за счет создания несимметричной конструкции трехслойной плиты можно экономить около 7% связующего без потери прочности на изгиб. При этом плита будет иметь несимметричный профиль плотности, что является одной из причин ее покоробленности. Данный дефект, как было рассмотрено выше, устраняется активными способами.

Измерения показали, что при равномерном распределении температур нагревательных плит пресса по пластям изготовляемой плиты готовая ДСтП имеет форму, близкую к эллиптическому гиперболоиду (рисунок 18), расстояние произвольной точки которого до плоскости плана определяется выражением:

,(33)

где а, b - соответственно длина и ширина плиты;

f - стрела прогиба плиты.

Рисунок 18 - Плита в виде пологой оболочки (эллиптический гиперболоид)

Данная форма плиты в полной мере подходит под определение пологой оболочки, т.е. оболочки, у которой стрела подъема не превышает одной пятой наименьшего линейного размера плана. Подобные формы древесных плит могут представлять большой интерес для мебельного производства и строительства.

В таблице 5 показаны основные формы пологих оболочек, получающихся при определенных зонах повышенной температуры (темный фон) прессующих поверхностей.

Таблица 5 - Температурная асимметрия пресса и форма плит

Такой дефект, как покоробленность плит, может быть использован для получения заданной формы плит (пологих оболочек с ограниченным изгибом), изготовляемых на оборудовании для плоского прессования. При этом вместо трудоемкого изготовления и замены пресс-форм можно использовать довольно просто реализуемое регулирование температуры плит пресса.

Температурная асимметрия прессования создается с помощью целенаправленного регулирования количества теплоносителя, проходящего через продольные и поперечные каналы плит пресса периодического действия, а для придания оболочкам более сложных вогнуто-выпуклых форм следует использовать электрообогрев прессующих поверхностей. При равномерном нагреве верхней и нижней прессующих поверхностей и при наличии разности температур этих поверхностей, плита приобретает форму эллиптического гиперболоида. Для получения других форм плиты необходимо создавать более сложную асимметрию прессующих поверхностей.

Форма плиты в виде гиперболического параболоида получается при диагональном перепаде температур прессующих поверхностей, который нельзя получить в прессах, обогреваемых теплоносителем через каналы. При необходимости получения изделий с такими поверхностями пресс должен быть оснащен электронагревательными элементами.

В процессе коробления длина изделия несколько увеличивается, т.е. снижается его плотность. При устранении покоробленности древесностружечной плиты пассивными способами, например, выдержкой в штабеле или приложением к плите обратной прогибу деформации, происходят сдвиги и отрывы клеевых соединений, выдергивание древесных частиц из полимерной матрицы и их микроразрушения, что отрицательно влияет на прочность готовых плит. Вместе с плотностью снижается также прочность плиты при статическом изгибе, которая в общем случае пропорциональна квадрату плотности. Связанное с покоробленностью снижение прочности выпрямленной плиты можно косвенно определить из выражений:

, (34)

, (35)

где L₁,L₂ - соответственно длина плиты до и после выпрямления покоробленности;

f - стрела прогиба плиты.

При относительном значении стрелы прогиба f/L₁ = 0,16 плита теряет до 12 % прочности. Полученные экспериментальные данные подтвердили адекватность расчета потери прочности выпрямленной плиты по косвенной геометрической оценке снижения ее плотности.

В шестой главе производится оценка экономической эффективности результатов проведенных научных исследований.

Основные выводы и результаты работы

1. Разработанная геометрическая модель трехслойной плиты позволяет получать рациональное соотношение слоев, при котором плита имеет максимальную прочность на статический изгиб. Данное соотношение изменяется от 1:3:1 до 1:5:1 при изменении отношения модулей упругости внутреннего и наружных слоев исходного стружечного ковра соответственно с 1,2 до 3,5. При этом прочность ДСтП возрастает до 40%. Предложены системы, автоматически устанавливающие найденное соотношение.

2. На основе математических моделей, описывающих падение и вращение древесных частиц в механическом ориентирующем устройстве, выведены новые выражения скоростей для линейно перемещающихся и вращающихся направляющих органов, при которых угол отклонения древесных частиц в формируемом ковре минимален. Уточнено значение коэффициента лобового сопротивления для древесных частиц, используемых в производстве ДТсП, которое оставляет 1,83.

3. Предложен ряд новых механических устройств:

- повышающих в 3 раза диапазон длины одновременно ориентируемых частиц;

- создающих переменный шаг ориентации, меняющийся в диапазоне от 1 до 3,7 без остановки производственного процесса;

- выполняющих автоматическую очистку ориентирующего органа от нестандартных частиц.

4. Предложены структуры систем, автоматически поддерживающих скорость перемещения направляющего органа согласно полученному выражению, за счет чего угол отклонения древесных частиц в формируемом ковре уменьшается с 14⁰ до 7⁰ (средневзвешенное значение). Определены параметры продольной и поперечной ориентации частиц на однотипных устройствах. Предложена структура системы, автоматически устанавливающей рациональный шаг ориентации, при котором ориентируется максимум частиц без засорения устройства. Оценены погрешности работы этих систем.

5. Анализ математической модели движения воздушной среды в межплитном пространстве показал, что для минимизации продолжительности смыкания плит пресса скорость сближения плит необходимо изменять по экспоненциальной зависимости. За счет этого возможно повышение производительности пресса до 6%. Предложен способ и структуры автоматических систем, реализующих найденную зависимость.

6. По результатам экспериментальных исследований получена динамическая модель коробления древесностружечной плиты, учитывающая влажностный и геометрический дисбалансы ее структуры и температуры прессования. Определена постоянная времени коробления плиты, которая для выгруженной из пресса при температуре 170⁰ плиты составляет в среднем 10,5 мин. Предложена методика оценки снижения прочности плит на статический изгиб, происходящего вследствие выпрямления покоробленных плит. древесностружечный плита прессование ультразвук

7. На основе полученной модели коробления предложены способы и комплекс структур систем управления покоробленностью, автоматически задающих асимметрию влажности и/или структуры стружечного ковра, асимметрию температур нагревательных элементов пресса или создающих гибкий прессовый канал (для прессов непрерывного действия). Дана оценка инерционности этих систем.

8. Предложена технология производства ДСтП с асимметричной послойной структурой, предназначенных для горизонтальных несущих элементов. Это позволяет экономить свыше 7% связующего. Показана возможность производства декоративных плит с конструктивно заданным изгибом на существующем оборудовании.

9. Оценка технико-экономической эффективности показала, что себестоимость продукции снижается на 11,6 %, а комплексный годовой экономический эффект за счет улучшения эксплуатационных качеств продукции и повышения производительности оборудования составляет 23,3 млн. руб. при объеме выпуска ДСтП 50 тыс. м³. Срок окупаемости капвложений составляет 2,5 года.

Основные научные результаты, содержащиеся в диссертации, изложены в следующих публикациях

1. Плотников, С. М. Совершенствование процессов формирования и прессования древесностружечных плит: монография / С. М. Плотников.-Красноярск: СибГТУ, 2007. - 178 с.

2. Плотников, С. М. Оптимизация структуры стружечного ковра / С.М. Плотников // Изв. Вузов. Лесной журнал. - 1987. - № 1. - С. 119-122.

3. Плотников, С. М. Исследование покоробленности древесностружечных плит с асимметричной структурой / С. М. Плотников // Изв. вузов. Лесной журнал. - 1989. - № 1. - С. 49-53.

4. Плотников, С. М. Влияние технологических параметров на скорость распространения ультразвука в древесностружечной плите / С. М. Плотников, П. Нимц // Изв. Вузов. Лесной журнал. - 1989. - № 3. - С. 57-60.

5. Плотников, С. М. Интенсификация смыкания плит пресса / С.М. Плотников, М.С. Лурье // Изв. Вузов. Лесной журнал. - 1989. - № 5. - С. 67-71.

6. Плотников, С. М. Формирование трехслойного стружечного ковра с оптимальной структурой / С. М. Плотников // Изв. вузов. Лесной журнал. - 1990. - № 6. - С. 58-61.

7. Плотников, С. М. Автоматизация смыкания прессов для изготовления древесных плит / С. М. Плотников // Изв. вузов. Лесной журнал. - 1991.- № 6. - С. 73-75.

8. Плотников, С. М. Активные способы уменьшения покоробленности древесностружечных плит / С. М. Плотников // Изв. вузов. Лесной журнал. - 1992. - № 3. - С. 76-80.

9. Плотников, С. М. Древесностружечные плиты с асимметричной структурой для горизонтальных несущих элементов / С. М. Плотников // Изв. вузов. Лесной журнал. - 1994. - № 5-6. - С. 108-110.

10. Плотников, С. М. Совершенствование системы ориентирования стружки в производстве древесных плит / С. М. Плотников // Деревообрабатывающая промышленность. - 2007. - № 5. - С.4-6.

11. Плотников, С. М. Устранение покоробленности древесностружечных плит температурной асимметрией прессования / С. М.Плотников // Деревообрабатывающая промышленность. - 2008. - № 3. - С.6-8.

12. Плотников, С. М. Оптимизация операции по смыканию плит крупноформатных прессов для изготовления ДСП / С. М. Плотников // Деревообрабатывающая промышленность. - 2008. - № 4. - С.7-9.

13. Плотников, С. М. Изготовление древесностружечных плит в виде пологих оболочек / С. М.Плотников, Ю.С. Баранов // Деревообрабатывающая промышленность. - 2008. - № 5. - С.14-16.

14. Плотников, С. М. Исследование падения древесных частиц в ориентирующем устройстве элементов / С. М. Плотников // Изв. вузов. Лесной журнал. - 2008. - № 4. - С.66-71.

15. Плотников, С. М. Исследование вращательного движения древесных частиц в ориентирующем устройстве элементов / С. М. Плотников // Изв. вузов. Лесной журнал. - 2008. - № 5. - С.82-87.

16. Плотников, С. М. Система оптимального ориентирования стружки в производстве древесных плит / С. М. Плотников, В.И. Пантелеев // Известия ТПУ. Математика и механика. Физика / Томск. - 2008. - Т.313. - № 2. - С.56-58.

17. А.с. 1165583 СССР, МПК В 27 N 3/22. Устройство для регулирования настила древесно-стружечного ковра / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 3702842; заявл. 16.12.1983; опубл. 07.07.1985, Бюл. № 25. - 5 с.

18. А.с. 1186480 СССР, МПК В 27 N 3/10. Машина для формирования стружечного ковра в производстве древесностружечных плит / С.М. Плотников, М.С. Лурье; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 3726318; заявл. 12.04.1984; опубл. 23.10.1985, Бюл. № 39. - 3 с.

19. А.с. 1260193 СССР, МПК В 27 N 3/02, 3/10. Устройство для настила древесностружечного ковра / С.М. Плотников, М.С. Лурье; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 3883949; заявл. 08.04.1985; опубл. 30.09.1986, Бюл. № 36. - 4 с.

20. А.с. 1289689 СССР, МПК В 27 N 3/02, 3/10. Машина для формирования стружечного ковра / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 3917105; заявл. 20.07.1985; опубл. 15.02.1987, Бюл.№ 6. - 5 с.

21. А.с. 1299798 СССР, МПК В 27 N 3/22. Устройство для регулирования настила древесностружечного ковра / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 3971808; заявл. 04.11.1985; опубл. 30.03.1987, Бюл. № 12. - 3 с.

22. .А.с. 1299799 СССР, МПК В 27 N 3/24. Пресс для непрерывного изготовления древесностружечных плит/ С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка №3971810; заявл. 04.11.1985; опубл. 30.03.1987, Бюл.№ 12. - 4 с.

23. А.с. 1337262 СССР, МПК В 27 N 3/08. Способ прессования древесностружечных плит / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 4066588; заявл. 06.05.1986; опубл. 15.09.1987, Бюл.№ 34. - 4 с.

24. А.с. 1380955 СССР, МПК В 27 N 3/20. Устройство для изготовления древесно-стружечных плит / С.М. Плотников, М.С. Лурье; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 3868950; заявл. 19.03.1985; опубл. 15.03.1988, Бюл. № 10. - 4 с.

25. А.с. 1442413 СССР, МПК В 27 N 3/20. Многоэтажный пресс для изготовления древесностружечных плит / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка №4 168557; заявл. 24.12.1986; опубл. 07.12.1988, Бюл, № 45.- 3 с.

26. А.с. 1449344 СССР, МПК В 27 N 3/14. Устройство для ориентации древесных частиц / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 4106954; заявл. 05.05.1989; опубл. 07.01.1989, Бюл. № 1. - 4 с.

27. А.с. 1514615 СССР, МПК В 27 J 3/10. Способ формирования трехслойного стружечного ковра и устройство для его осуществления / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка №4372500; заявл. 22.12.1987; опубл. 15.10.1989, Бюл. № 38. - 4 с.

28. А.с. 1521600 СССР, МПК В 27 N 3/08. Устройство управления температурным режимом обогреваемого пресса / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 4089719; заявл. 09.07.1986; опубл. 15.11.1989, Бюл.№ 42. - 4 с.

29. А.с. 1523351 СССР, МПК В 27 N 3/20. Пресс для изготовления древесностружечных плит / С.М. Плотников, М.С. Лурье; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 4377264; заявл. 15.02.1988; опубл. 23.11.1989, Бюл.№ 43. - 3 с.

30. А.с. 1544568 СССР, МПК В 27 N 3/14. Устройство для ориентации древесных частиц / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 4421253; заявл. 01.04.1988; опубл. 23.02.1990, Бюл. № 7. - 3 с.

31. А.с. 1544569 СССР, МПК В 27 N 3/20. Пресс для изготовления древесностружечных плит / С.М. Плотников, М.С. Лурье; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 4426012; заявл. 18.05.1988; опубл. 23.02.1990, Бюл. № 7. - 6 с.

32. А.с. 1563983 СССР, МПК В 27 N 3/24. Пресс для непрерывного изготовления древесно-стружечных плит / С.М. Плотников, М.С. Лурье; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 4387040; заявл. 01.03.1988; опубл. 15.05.1990, Бюл. № 18. - 4 с.

33. А.с. 1595642 СССР, МПК В 27 N 3/14. Устройство для ориентации древесных частиц / С.М. Плотников, М.С. Лурье; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 4610622; заявл. 30.11.1988; опубл. 30.09.1990, Бюл. № 36. - 3 с.

34. А.с. 1613334 СССР, МПК В 27 N 3/14. Устройство для ориентации древесных частиц / С.М. Плотников, М.С. Лурье; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 4643707; заявл. 30.01.1989; опубл. 15.12.1990, Бюл. № 46.- 4 с.

35. А.с. 1653960 СССР, МПК В 27 N 3/02. Способ изготовления древесностружечных плит / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 4697655; заявл. 29.05.1989; опубл. 07.06.1991, Бюл. № 21. - 3 с.

36. А.с. 1653961 СССР, МПК В 27 N 3/02. Способ изготовления древесностружечных плит / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 4698745; заявл. 29.05.1989; опубл. 07.06.1991, Бюл. № 21. - 3 с.

37. А.с. 1743874 СССР, МПК В 27 N 3/20, 3/08. Пресс для изготовления древесно-стружечных плит / С.М. Плотников, М.С. Лурье; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 4791800; заявл. 14.02.1990; опубл. 30.06.1992, Бюл.№ 24. - 4 с.

38. Патент 2006364 Российская Федерация, МПК В 27 N3/14. Устройство для ориентации древесных частиц / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель Сибир. технолог. ин-т. - Заявка № 4907497; заявл. 04.02.1991; опубл. 30.01.1994, Бюл.№ 2. - 3 с.

39. Патент 2312011 Российская Федерация, МПК В 27 N3/10. Машина для формирования трехслойного стружечного ковра / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Сибир. технолог. ун-т». - Заявка №2006107335; заявл. 09.03.2006; опубл. 10.12.2007, Бюл. № 34. - 6 с.

40. Патент 2315689 Российская Федерация, МПК В 27 N3/14. Способ ориентации древесных частиц / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Сибир. технолог. ун-т». - Заявка № 2006122908; заявл. 27.06.2006; опубл. 27.01.2008. Бюл. № 3. - 6 с.

41. Патент 2323819 Российская Федерация, МПК В 27 N3/14. Устройство для ориентации древесных частиц / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Сибир. технолог. ун-т». - Заявка № 2006135060/12; заявл. 03.10.2006; опубл. 10.05.2008, Бюл. № 13. - 5 с.

42. Патент 2338641 Российская Федерация, МПК В 27 N3/14. Устройство для ориентации древесных частиц / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Сибир. технолог. ун-т». - Заявка № 2007119251/12; заявл. 23.05.2007; опубл. 20.11.2008, Бюл. № 32. - 4 с.

43. Патент 2342246 Российская Федерация, МПК В 27 N3/14. Устройство для ориентации древесных частиц / С.М. Плотников; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Сибир. технолог. ун-т». - Заявка № 2007123901/12; заявл. 25.06.2007; опубл. 27.12.2008, Бюл. № 36. - 5 с.

- Прочие

44. Плотников, С. М. Структурная оптимизация трехслойных древесностружечных плит / С. М. Плотников // Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности: тезисы докладов XVII научно-технической конференции. - Киев, 1989. - С.80.

45. Плотников, С. М. Асимметричные древесностружечные плиты для горизонтальных элементов / С. М. Плотников // Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности: тезисы докладов XVIII научно-технической конференции. - Киев, 1991. - С. 136-137.

46. Плотников, С. М. Оптимизация электропривода формирующей машины для изготовления древесных плит / С. М. Плотников // Оптимизация режимов работы электротехнических систем: межвуз. сборник научных трудов. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. С. 233-234.

47. Плотников, С. М. Влияние покоробленности древесностружечных плит на их прочность при изгибе / С. М. Плотников // Актуальные проблемы лесного комплекса: сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Вып. 18. - Брянск: БГИТА, 2007. - С.131-133.

48. Плотников, С. М. Определение количества ветвей ориентирующего устройства / С. М. Плотников // Актуальные проблемы лесного комплекса: сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Вып. 20. - Брянск: БГИТА, 2007. - С.126-128.

49. Плотников, С. М. Определение массы и длины древесных частиц / С. М. Плотников // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века. Труды II международного евразийского симпозиума. - Екатеринбург, 2007. - С.85-87.

50. Плотников С. М. Оптимизация электропривода ориентирующего устройства / С. М. Плотников // Оптимизация режимов работы электротехнических систем: межвуз. сборник научных трудов. - Красноярск: Сиб. федеральный ун-т, 2008. - С.3-5.

51. Плотников, С. М. Уменьшение покоробленности трехслойных древесных плит за счет асимметрии влажности слоев / С. М. Плотников // Актуальные проблемы лесного комплекса: сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Вып. 21. - Брянск: БГИТА, 2008. - С.257-260.

52. Плотников, С. М. Оптимизация работы дискового ориентирующего устройства / С. М. Плотников // Актуальные проблемы лесного комплекса: сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития». Часть 2. - Брянск: БГИТА, 2008. - С.122-124.

53. Niemz P., Plotnikov S. Untrsuchungen zum Einfluв ausgewдhlter Strukturparameter auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in Vollholz und Spanplatten // Holztechnologie - Leipzig, 1988. - № 4. - S.207-209.

54. Plotnikov S., Niemz P. Untrsuchungen zum Einfluв ausgewдhlter technologischer Parameter auf den Plattenverzug von Spanplatten // Holztechnologie - Leipzig, 1988. - № 6.- S.311-313.

Размещено на Allbest.ru