Способ ориентации древесных частиц
Владельцы патента RU 2368495:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" (RU)
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано в производстве древесностружечных плит. В способе ориентации древесных частиц скорость вращения четных валков устанавливается в зависимости от скорости вращения нечетных валков, расстояния между дисками и их диаметра, за счет чего частицы, получившие вращение от вращающихся с разными скоростями дисков, в процессе падения укладываются в стружечный ковер с минимальным углом ориентации. Изобретение позволяет повысить качество ориентации древесных частиц и увеличить прочность древесностружечных плит из ориентированной стружки. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано в производстве древесностружечных плит.
Известен способ ориентации древесных частиц, включающий подачу стружки на диски, установленные на вращающихся валках. Диски образуют промежуточные перекрытия, расстояние между дисками меньше длины ориентируемых частиц, поэтому частицы разворачиваются и проходят между дисками, укладываясь на формирующем транспортере (конвейере) в направлении ориентации [Леонович А.А. Технология древесных плит: прогрессивные решения: Учеб. пособие. - СПб.: Химиздат, 2005, - 208 с., стр.125-126].
Известен способ механической ориентации древесных частиц, включающий подачу стружки на тонкие диски, насаженные на валках в шахматном порядке с перекрытием. Привод валков индивидуальный с бесступенчатым регулированием скорости вращения. Древесные частицы проваливаются между дисками и укладываются в стружечный ковер, причем 60% стружки имеют угол отклонения от направления ориентации ±15° [Шварцман Г.М., Щедро Д.А. Производство древесностружечных плит. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Лесн. пром-сть, 1987. - 320 с., стр.213-214].
В известных способах древесные частицы получают вращающий момент от вращающихся с разными скоростями дисков нечетных и четных валков и сходят с дисков под начальным углом αнач относительно направления ориентации. За время падения до формирующего транспортера частицы разворачиваются на угол αп и укладываются в стружечный ковер под углом α (угол ориентации), который определяется из выражения: α=|αнач-αп|. С уменьшением угла α прочность готовых плит повышается, приближаясь к прочности исходной древесины [Поташев О.Е., Лапшин Ю.Г. Механика древесных плит. - М.: Лесн. пром-сть, 1982. - 112 с., стр.52]. В идеальном случае угол α равен нулю. В известных способах в результате произвольной установки скоростей вращения валков не выполняется условие |αнач-αп|=0, т.е снижается качество ориентации.
Известен способ ориентации, реализованный в устройстве для ориентации древесных частиц, включающий подачу стружки на диски, насаженные в шахматном порядке с перекрытием на четные и нечетные валки, вращающиеся с различными скоростями [патент Швеции №463627, М.кл5 B29J 5/04. Spridarhuvudforsedd spridningsanordning för sprinding av en spänmaterialmatta. 1985].
Недостаток известного способа заключается в том, что скорости вращения четных и нечетных валков устанавливаются произвольно, не связаны строго определенным соотношением, поэтому угол ориентации древесных частиц α возрастает, что ведет к потере прочности изготовляемой плиты.
Изобретение решает задачу повышения качества ориентации древесных частиц.
Техническим результатом от использования изобретения является повышение качества ориентации за счет минимизации угла ориентации древесных частиц, что повышает прочность изготовляемых древесностружечных плит.
Это достигается тем, что в способе ориентации древесных частиц, включающем подачу стружки на диски, насаженные в шахматном порядке с перекрытием на четные и нечетные валки, вращающиеся с различными скоростями, согласно изобретению скорость вращения четных валков ω2 устанавливают по формуле:
где ω1 - скорость вращения нечетных валков, рад/с;
h - расстояние между соседними дисками нечетных и четных валков, м;
D - диаметр дисков, м.
Заявляемый способ ориентации древесных частиц отличается установкой скорости вращения четных валков в зависимости от скорости вращения нечетных валков, расстояния между дисками и их диаметра, за счет чего частицы, получившие вращение от вращающихся с разными скоростями дисков, в процессе падения укладываются в стружечный ковер с минимальным углом ориентации.
На чертежах представлен фрагмент устройства, реализующего способ ориентации древесных частиц: на фиг.1 - вид сверху, на фиг.2 - вид сбоку.
Формула скорости перемещения направляющего органа, при которой происходит наиболее полная ориентация частиц, выведена автором впервые.
Начальный угол, при котором происходит сход частицы с дисков, зависит от длины частицы и расстояния между соседними дисками нечетных и четных валков:
где h - расстояние между соседними дисками нечетных и четных валков (шаг ориентации), м;
l - длина ориентируемой частицы, м.
В современных ориентирующих устройствах шаг ориентации h устанавливают в соответствии с длиной ориентируемых частиц l так, чтобы выполнялось оптимальное соотношение h=l/2 [см., например, Плотников С. М. Совершенствование системы ориентирования стружки в производстве древесных плит. // Деревообрабатывающая промышленность. - 2007. - №5. - С.4-6], при котором ориентируется максимальное количество древесных частиц без засорения устройства. Тогда αнач имеет значение 30°. В момент отрыва частица приобретает скорость вращения:
где V1, V2 - соответственно линейные скорости нечетных и четных валков при их контакте с древесными частицами, м/с. Среднее время падения частицы:
где g - ускорение свободного падения, м/с2;
D - диаметр дисков, м;
d1 - расстояние между верхним концом диска и средним уровнем схода с дисков древесных частиц, м;
d2 - расстояние от нижних концов дисков до поверхности стружечного ковра, м.
В современных формирующих машинах расстояние d2 устанавливают минимальным, а частицы в среднем начинают падение не с верхних концов дисков, а несколько ниже (с уровня схода), т.к. диски установлены с перекрытием. Величины d1 и d2 равноценны и компенсируют друг друга, поэтому в дальнейших расчетах ими пренебрегаем.
После разворота и прохода между дисками за время падения t частицы разворачиваются на угол αп:
С учетом (2), (3) и d1=d2 выражение (4) имеет вид:
Для максимальной ориентации частиц, при которой угол ориентации α=0, должно выполняться условие: αнач=αп. Приравняв в выражении (5) αп=αнач=30°, получим линейную скорость нечетных дисков относительно четных (м/с), при которой угол ориентации частиц минимален:
Считая g=9,81 м/с, получим:
Выразив линейную скорость нечетных и четных дисков 
получим угловую скорость вращения соответствующих валков (рад/с):
Коэффициент 1,64 в уравнении (7) и 3,28 в уравнении (8) имеют размерность с-1·м1/2.
Формула (8), связывающая скорости вращения четных и нечетных валков, шаг ориентации и диаметр дисков, выведена автором впервые.
Сопротивление воздуха практически не изменяет коэффициент 3,28 в выражении (8). С учетом сопротивления воздуха ориентируемая частица падает до укладки в ковер несколько дольше, т.е. должна разворачиваться на больший угол α. Однако сопротивление воздуха будет препятствовать также развороту частицы. Таким образом, увеличение угла α за счет более длительного падения компенсируется уменьшением этого угла за счет меньшего разворота.
Способ ориентации древесных частиц осуществляют следующим образом.
Нечетные валки (1, 3, …) ориентирующего устройства вращают с угловой скоростью ω1 (рад/с), четные валки (2, 4, …) - со скоростью ω2, определяемой по формуле (8). Например, при ω1=5 рад/с (47,75 об/мин), h=0,05 м и D=0,16 м получим ω2=7,56 рад/с (72,20 об/мин).
Древесные частицы подают на диски. За счет разности линейных скоростей нечетных и четных дисков частицы приобретают вращающий момент, причем по мере продвижения по дискам их угол относительно направления ориентации постоянно сокращается, частицы проваливаются между дисками и разворачиваются до момента их укладки в стружечный ковер. При вращении четных дисков с оптимальной скоростью, определяемой из выражения (8), частицы имеют минимальный угол ориентации.
Пример осуществления способа
Древесную стружку с питающего транспортера подают на диски, соотношение угловых скоростей валков которых определяют по формуле (8). Из ориентированной таким образом стружки на формирующем транспортере получают однослойный стружечный ковер, который разделяют на брикеты и прессуют. Было изготовлено три партии однослойных древесностружечных плит толщиной 10 мм из сосновых стружек, имевших среднюю длину 100 мм (0,1 м). Высота от нижних концов дисков диаметром 0,15 м до поверхности сформированного стружечного ковра составляла 0,02 м, расстояние между соседними дисками (шаг ориентации) - 0,05 м.
Оптимальная скорость вращения четных валков рассчитывалась по формуле (8):
Скорость вращения четных валков с помощью индивидуальных электроприводов задавалась 5 рад/с, нечетных в различных партиях - 6 рад/с, 7,6 рад/с и 9 рад/с. Измерение углов отклонения частиц относительно направления (оси) ориентации производилось для всех полностью видимых частиц на верхней и нижней пластях плит на произвольных участках плит площадью 200·200 мм при помощи транспортира. Погрешность измерения составляла 1%.
Усредненные результаты по 10 измерениям представлены в таблице 1.
Средневзвешенный угол ориентации αср определялся как сумма произведений средних углов отклонения αi на долю частиц γi на участке:
Например, для ω2=6 м/с:
αср=4,5·0,17+14,5·0,45+24,5·0,21+34,5·0,11+45·0,06=18,9 [град].
| Таблица 1 | ||||
| Пределы отклонения частиц от оси ориентации, град. | Средний угол отклонения αi, град. | Доля частиц на участке γi, % | ||
| ω1=6 рад/с | ω2=7,6 рад/с | ω2=9 рад/с | ||
| 0-9 | 4,5 | 17 | 61 | 12 |
10-19
|
14,5 | 45 | 21 | 42 |
| 20-29 | 24,5 | 21 | 12 | 23 |
| 30-39 | 34,5 | 11 | 4 | 14 |
| 40-50 | 45 | 6 | 2 | 9 |
| Средневзвешенный угол ориентации αср, град. | ||||
| 18,9 | 11,0 | 21,1 |
Результаты экспериментов показывают, что наименьший средний угол ориентации частиц имеют плиты, сформированные при угловой скорости четных валков, близкой к рассчитанной по формуле, предложенной автором.
Изобретение позволяет повысить качество ориентации древесных частиц и увеличить прочность древесностружечных плит из ориентированной стружки (плит OSB).
Способ ориентации древесных частиц, включающий подачу стружки на диски, насаженные в шахматном порядке с перекрытием на четные и нечетные валки, вращающиеся с различными скоростями, отличающийся тем, что скорость вращения четных валков ω2 устанавливают по формуле:
где ω1 - скорость вращения нечетных валков, рад/с;
h - расстояние между соседними дисками нечетных и четных валков, м;
D - диаметр дисков, м.
