close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Технология сушки шпона повышенной толщины

код для вставкиСкачать
на правах рукописи
САМОЙЛЕНКО ДМИТРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ
ТЕХНОЛОГИЯ СУШКИ ШПОНА ПОВЫШЕННОЙ ТОЛЩИНЫ
05.21.05 – Древесиноведение, технология и
оборудование деревопереработки
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Архангельск - 2018
Работа выполнена в Мытищинском филиале федерального государственного
бюджетного
образовательного
учреждения
высшего
образования
«Московский
государственный
технический
университет
имени
Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
Научный
руководитель:
Скуратов Николай Владимирович
технических наук, доцент
кандидат
Официальные
оппоненты:
Сафин Руслан Рушанович
доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВО
«Казанский
национальный
исследовательский
технологический университет», кафедра архитектуры
и дизайна изделий из древесины, профессор
Чемоданов Александр Николаевич
кандидат технических наук, профессор, ФГБОУ ВО
«Поволжский государственный технологический
университет»,
кафедра
деревообрабатывающих
производств, профессор
Ведущая
организация:
Федеральное
государственное
бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Санкт-Петербургский
государственный
лесотехнический
университет
имени
С.М. Кирова»
Защита диссертации состоится 13 марта в 12 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.008.01 на базе ФГБОУ ВО «Северный
(Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» по
адресу: 163002, Россия, г. Архангельск, наб. Северной Двины, главный
корпус, ауд. 1220.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте университета
www.narfu.ru.
Автореферат разослан «___» __________ 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного
совета, к.т.н.
Тюрикова
Татьяна Витальевна
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Одной из актуальных проблем развития
современного деревообрабатывающего производства является разработка
технологии сушки строганого шпона повышенной толщины (более 3 мм) и
тонких пиломатериалов (толщиной менее 19 мм), иногда именуемых
производителями как «пиленый шпон».
Наблюдающийся в последние десятилетия непрерывный рост
стоимости качественной древесины способствовал повышению интереса к
использованию шпона повышенной толщины, прежде всего из древесины
твердых лиственных пород. Применение такого шпона в качестве
облицовочного материала существенно снижает себестоимость продукции и,
как правило, улучшает ее эксплуатационные характеристики по сравнению с
изделиями из массивной древесины. Шпон толщиной более 3 мм широко
используется при изготовлении паркетных досок, столярных плит, стеновых
панелей, элементов интерьера, музыкальных инструментов и т. д.
Несмотря на растущий интерес к этому материалу, общепринятой
технологии его сушки до сих пор не было предложено. Производители
продольных шпонострогальных станков и сушильного оборудования для
сушки шпона толщиной до 3 мм рекомендуют использовать обычные
роликовые сушилки. Если шпон не успевает высохнуть за один проход, его
рекомендуют еще раз пропустить через сушилку. В то же время современные
станки позволяют получать шпон толщиной до 10-13 мм. Но в прилагаемых к
сушилкам технических инструкциях не говорится о том, как сушить такой
шпон. На практике деревообработчики, для того, чтобы высушить шпон
повышенной толщины, вынуждены многократно пропускать его через
роликовую сушилку. В результате затраты на сушку оказываются высокими
из-за значительных энергетических и трудовых затрат. Кроме того, при такой
сушке древесина не всегда равномерно высыхает и часто растрескивается.
Режимы сушки в камерах периодического действия тонких пиломатериалов и
заготовок из древесины твердых лиственных пород толщиной менее 19 мм в
настоящее время отсутствуют. Их, обычно, сушат по режимам,
предназначенным для более толстого материала, что неоправданно
увеличивает продолжительность процесса. Все это негативно сказывается на
себестоимости
готовых
изделий
и,
соответственно,
на
конкурентоспособности
отечественных
деревообрабатывающих
предприятий.
Настоящая работа посвящена разработке рациональной технологии
сушки шпона повышенной толщины и тонких пиломатериалов из древесины
твердых лиственных пород, использование которой на производстве
позволит существенно улучшить качество и снизить себестоимость сушки
такого материала.
Целью работы является разработка технологии сушки шпона
повышенной толщины.
Задачами настоящей работы являются:
3
1. изучение особенности динамики и кинетики сушки шпона
повышенной толщины;
2. разработка
математической
модели,
описывающей
тепломассоперенос в шпоне повышенной толщины и его
напряженно-деформированное состояние;
3. разработка режимов сушки шпона толщиной 3-19 мм на основе
полученных расчетных и экспериментальных данных.
Объектами исследования является строганый и пиленый шпон
толщиной от 3 до 19 мм лиственных пород, а также физические процессы,
происходящие при сушке этого материала.
Предметом исследования является механизм процесса сушки шпона
повышенной толщины, свойства древесины, подвергавшейся сушке
различными способами, включая особенности влагопереноса, а также
режимы сушки.
Научной новизной обладают:
 математическая модель конвективной сушки шпона повышенной
толщины;
 методика определения поверхностной влажности древесины;
Практическая значимость работы. Разработаны режимы сушки
шпона повышенной толщины из древесины дуба.
Достоверность полученных результатов подтверждается:
 использованием основных положений теории тепломассопереноса в
процессах сушки древесины;
 совпадением
результатов
теоретических
исследований
с
экспериментальными данными и результатами промышленного
внедрения;
 применением современных методов планирования эксперимента и
математической обработкой их результатов;
Положения, выносимые на защиту:
 математическая модель процесса сушки шпона повышенной толщины
конвективным способом;
 режимы сушки шпона повышенной толщины в промышленных
конвективных сушильных камерах.
Личный вклад соискателя. Автором разработана и сконструирована
лабораторная установка конвективной сушки. Разработана методика
измерения
поверхностной
влажности
древесины.
Разработана
математическая модель процесса сушки шпона повышенной толщины
конвективным способом.
Разработаны режимы сушки шпона повышенной толщины из
древесины дуба в конвективных сушильных камерах периодического
действия.
Апробация работы. Основные результаты и научные положения,
изложенные в диссертационной работе, докладывались: на научнотехнических конференциях преподавателей и аспирантов МГУЛ. Мытищи
4
(Московская обл.), 2013-2017; на международной конференции “WOOD
SCIENCE AND ENGINEERING IN THE THIRD MILLENNIUM”. Брашов
(Румыния) 2015; на конференции Первые Международные Лыковские
научные чтения, посвящённые 105-летию академика А.В. Лыкова. Москва,
2015; на XIV международной конференции «Современный физический
практикум». Москва, 2016.
Реализация работы. Промышленное внедрение технологии сушки
шпона повышенной толщины осуществлено на деревообрабатывающем
предприятии ООО «Карелия-Упофлор СиАйЭс».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе
одна работа в международном издании Pro Ligno, 2 статьи в изданиях,
рекомендуемых ВАК, а также получен патент на изобретение №2624285 РФ
«Способ получения строганого шпона из короткомерных отходов ванчесов».
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,
пяти глав, заключения, библиографии и приложений. Общий объем работы
составляет 236 страниц. Работа содержит 49 рисунков и 13 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе дается описание шпона повышенной толщины как
объекта исследования. Рассматривается вопрос актуальности применения
исследуемого материала на производстве. Проведен обзор существующих
способов сушки шпона и тонких пиломатериалов. Дан анализ возможности
их применения для сушки шпона повышенной толщины. Проведен обзор
литературы по тематике диссертационного исследования.
На основании проведенного анализа отечественного и зарубежного
производственного опыта, а также научной литературы по теме работы
поставлена цель и задачи исследования.
Рассматривая толщину как определяющий размер, можно заключить,
что шпон повышенной толщины занимает промежуточное положение между
обычным шпоном и пиломатериалами. Как объект сушки он сочетает в себе
определенные свойства, как шпона, так и пиломатериалов, поскольку с одной
стороны толстый шпон сохнет сравнительно быстро, а с другой – при сушке
в излишне сухом воздухе в нем возникают большие сушильные напряжения
растяжения, которые могут стать причиной его растрескивания.
На сегодняшний день ни у нас в стране, ни за рубежом нет
рациональной технологии сушки тонких древесных сортиментов, к которым
можно отнести строганый и пиленый шпон толщиной 3-13 мм, а также
тонкие доски толщиной до 19 мм.
Применение промышленных роликовых и ленточных сушилок может
обеспечить сравнительно высокую скорость сушки шпона повышенной
толщины. Однако для достижения заданной конечной влажности,
соответствующей условиям эксплуатации будущего изделия, материал
потребуется пропускать через сушилку несколько раз. При увеличении
толщины высушиваемого материала количество необходимых повторных
циклов сушки соответственно возрастает. Также пропорционально
5
увеличатся трудозатраты на дополнительные перемещения материала из
зоны выгрузки в зону загрузки. При сушке шпона повышенной толщины в
роликовых и ленточных сушилках, в которых из-за отсутствия
регулирования относительная влажность сушильного агента очень низкая,
высока вероятность появления не только торцевых, но и пластевых трещин
на материале. Кроме того, при сушке в подобных условиях очень сложно
обеспечить равномерное просыхание такого материала как по толщине, так и
по объему высушиваемой партии.
В классических конвективных камерах существует возможность
регулировать не только температуру, но и степень насыщенности
сушильного агента, что позволяет качественно сушить в них пиломатериалы
любых промышленных сечений. Очевидно, что и шпон повышенной
толщины при наличии рациональных режимов можно успешно сушить в
таких камерах, если, конечно, для конкретного предприятия это
целесообразно с экономической точки зрения.
Вторая глава посвящена исследованию динамики и кинетики сушки
шпона повышенной толщины. Приводится описание разработанной и
изготовленной автором лабораторной сушильной установки (рис. 1) и
методика проведения экспериментов.
Рисунок 1. Конструктивная схема сушильной установки.
При проведении эксперимента в установку закладывалось два образца.
Первый образец использовался для контроля поверхностной влажности и
распределения влаги по толщине, а второй служил для определения средней
влажности материала.
Для предотвращения нежелательной подсушки образцов через торцы и
кромки их изолировали термовлагостойким силиконовым герметиком. До
начала эксперимента образцы хранились завернутыми в полиэтиленовую
пленку.
Проведен обзор литературы по существующим методам определения
распределения влаги в древесине, на основании которого сделан выбор в
пользу применения так называемого метода послойной влажности.
6
Приводятся результаты экспериментов по исследованию кинетики
(рис. 2) и динамики (рис. 3) процесса сушки шпона повышенной толщины на
образцах из древесины дуба толщиной 8, 10, 12 и 14 мм.
Полученные результаты экспериментальных исследований позволили
прийти к следующим выводам:
 на полученных кривых нет участка с постоянной скоростью сушки,
характерного для сушки обычного шпона;
 характер процессов сушки шпона повышенной толщины подобен сушке
обычных пиломатериалов, но отличается масштабом времени;
 образование
поверхностных
трещин
на
пластях
нескольких
экспериментальных образцов говорит о необходимости регулирования
степени насыщенности сушильного агента в процессе сушки шпона
повышенной толщины;
 при сушке шпона различной толщины следует индивидуально подбирать
безопасные параметры сушильного агента (комбинаций параметров очень
много);
 определять оптимальные параметры режимов сушки шпона повышенной
толщины целесообразно с помощью математической модели, поскольку
проведение опытных сушек при всех возможных комбинациях параметров
режимов займет очень много времени и потребует значительных
материальных затрат.
В третьей главе описана математическая модель процесса сушки
шпона повышенной толщины. Основой использованной в работе
математической модели, описывающей тепломассоперенос в древесине как
капиллярно-пористом теле при низкотемпературной сушке, является
предложенная А.В. Лыковым система из двух дифференциальных уравнений
в частных производных второго порядка. Первое уравнение описывает
перенос тепла,





0  = ( ) + 0 (′ ),
(1)





а второе уравнение – влагоперенос





= (′ ) + (′ ).
(2)





Начальные условия в общем виде:
(, 0) = 0 ()
(3)
()
(, 0) = 0
(4)
Условия центра:

|
=0
(5)
 =0

|
 =0
Граничные условия:

(с − п ) =  |
 =
=0
(6)
+ ( − )′(п − р )
 ′ (р − п ) = ′
7

|
 =
+ ′

|
 =
(7)
(8)
Для определения возникающих в древесине при сушке сушильных
напряжений была взята следующая формула, позволяющая описывать
одномерное напряженно-деформированное состояние материала:

j 1
 i `  Ai ` i `  Bi ` u i `  u i `
j
j
j 1
j
j


  A j j 1   B j u ij  u ij 1
i
i
i
i 1
 Bi `j  i1
n
j

B

i

i 1
n
n

 (9)

При проведении расчетов использовались значения предела прочности
и скорректированные значения модуля упругости, полученные ранее в
Московском лесотехническом институте (МЛТИ).
Модуль упругости и предел прочности рассчитывались по формулам:
E(u,T)= 657 + 13,4uT–1739u –5,27T,
(10)
σ(u,T)=14 + 0,22 uT– 35u – 0,09T.
(11)
В работе приводится описание компьютерной программы DRYWOOD,
реализующей математическую модель процесса сушки шпона повышенной
толщины. Программа DRYWOOD позволяет делать в виде файла снимки
графического представления параметров сушки не только от времени, но и
их распределение по толщине материала. Кроме того, при нажатии правой
кнопки манипулятора «мышь» в поле графика высвечиваются значения всех
параметров сушки в данный момент времени или в данной точке
координаты. Это позволяет в процессе проектирования режима сушки
просматривать численные значения параметров сушки и, прежде всего,
следить за тем, чтобы сушильные напряжения не достигали предела
прочности. Меняя параметры управления: температуру, относительную
влажность, а также моменты перехода со ступени на ступень можно
последовательно спроектировать рациональный режим сушки.
В четвертой главе проведена проверка адекватности математической
модели. При проведении пробных опытных сушек с целью проверки
адекватности математической модели в воздухе средней влажности
(относительная влажность около 70%, температура 65°C) дубовые образцы
толщиной 8-10 мм не растрескивались. В то же время по расчету
поверхностные растягивающие напряжения во всех образцах превысили
соответствующие значения пределов прочности.
Возможными
причинами
выявленных
расхождений
экспериментальных и расчетных данных могли быть погрешности
аппроксимаций зависимостей показателей свойств древесины от
температуры, влажности и т.д. В такой ситуации логично было
предположить, что, скорее всего, некорректно определяются показатели
механических свойств древесины: модули упругости и пределы прочности
при растяжении поперек волокон в тангенциальном направлении.
Для проверки этого предположения были проведены расчеты
внутренних напряжений при сушке дубовых пиломатериалов толщиной 22 и
40 мм по стандартным режимам, при использовании которых не должны
появляться поверхностные трещины. Полученные графические зависимости
8
показали, что напряжения в поверхностных слоях пиломатериалов толщиной
22 мм и 32 мм не достигают соответствующих пределов прочности, что
подтверждает корректность используемых в математической модели
аппроксимирующих зависимостей.
Аналогичные расчеты были сделаны и для тонкого материала.
Достоверность
полученных
расчетных
данных
была
проверена
экспериментально. Так, например, при сушке дубового образца толщиной
10 мм при температуре 50°C и относительной влажности сушильного агента
50% по расчету поверхностное растрескивание должно наступить спустя 2530 минут от начала процесса (рис. 2а). Однако в процессе эксперимента
трещины на пласти образца появились только спустя 60 минут. Та же
картина наблюдалась и при сушке такого же образца при температуре 71 °C и
относительной влажности сушильного агента 65% (рис. 2б). Расчетные
значения напряжений превысили предел прочности древесины уже спустя 5
минут сушки, хотя в ходе опытной сушки при тех же параметрах сушильного
агента поверхностное растрескивание произошло лишь спустя 2 часа после
начала эксперимента.
Рисунок 2. Расчетные изменения предела прочности древесины (МПа)
1 и сушильных напряжений (МПа) 2 во времени (час) в начале процесса
сушки в поверхностных слоях образцов толщиной 10 мм из древесины дуба
при: а) t = 50°C и φ=0,5; б) t = 71°C и φ=0,65.
Анализ полученных результатов позволил сделать вывод о том, что
наиболее вероятной причиной расхождения между расчетными и
экспериментальными данными является слишком высокая расчетная
скорость обезвоживания поверхностных зон материала. Чем быстрее падает
влажность на поверхности древесины, тем интенсивнее растут и достигают
больших значений растягивающие поверхностные напряжения. В результате
расчетные напряжения быстро достигают предела прочности, что, очевидно,
приводит к образованию поверхностных трещин.
Как известно, характер взаимодействия высушиваемого материала с
сушильным агентом определяется величиной критерия Био (Bi). Численно
9
этот критерий представляет собой отношение коэффициента влагообмена к
коэффициенту влагопроводности, умноженное на характерный размер –
половину толщины шпона. Чем больше этот критерий, тем больше
градиенты влажности в поверхностных зонах высушиваемого материала и
вызванные ими растягивающие напряжения. Завышение расчетных значений
критерия Био может быть обусловлено слишком высоким коэффициентом
влагообмена или слишком низким коэффициентом влагопроводности. Судя
по всему, используемые в компьютерной программе значения коэффициента
влагопроводности, зависящие от температуры и базисной плотности
древесины, близки к реальным. Об этом говорит близость расчетной и
экспериментальной продолжительности сушки опытных образцов, которая
при прочих равных условиях зависит, в основном, от коэффициента
влагопроводности. Остается предположить, что при компьютерных расчетах
сушильных напряжений в шпоне повышенной толщины использованные
значения коэффициента влагообмена оказались существенно завышены.
В сложившейся ситуации было принято решение определить
необходимые значения коэффициента влагообмена прямым способом путем
решения известного балансового уравнения:
сред
−0
= ′0 (п − р )
(12)

Все входящие в это уравнение величины могут быть определены
экспериментально во время проведения опытных сушек. Наиболее сложно
было определять текущие значения поверхностной влажности. Для ее
измерения был разработан новый метод и изготовлена специальная
измерительная система.
Суть метода заключается в том, что величина поверхностной
влажности определяется как равновесная влажность в тонком пограничном
слое воздуха, параметры которого измеряются непосредственно над
поверхностью древесины. Для измерения температуры и относительной
влажности воздуха в микрообъеме у поверхности опытного образца был
использован новейший миниатюрный датчик Sensirion SHT20, который
крепился в специальном приспособлении (рис. 3). Датчик 3 установлен в
полости на конце держателя 6 диаметром 8 мм, закрепленного в пластиковом
корпусе 5. Регулировочные винты 2 на пластиковом корпусе 5 позволяют
устанавливать датчик на расстоянии 0,2–0,3 мм от поверхности опытного
образца. Резиновый кожух вокруг датчика препятствует попаданию
окружающего воздуха в рабочую зону. С помощью второго такого же
датчика измерялись параметры окружающего воздуха.
10
Коэффициент влагообмена,
1×10-7 м/с
Рисунок 3. Внешний вид датчика Sensirion SHT20 (слева) и его
расположение в приспособлении для измерения поверхностной влажности
(справа): 1. Образец. 2. Регулировочный винт. 3. Датчик SHT20. 4. Резиновый
кожух. 5. Пластиковый корпус. 6. Держатель.
Для изучения характера взаимодействия древесины с влажным
воздухом была проведена серия экспериментальных сушек дубовых образцов
толщиной 5 мм при температурах 50°С, 60°С и 72°С и относительной
влажности сушильного агента в диапазоне 0,35-0,7. По результатам
экспериментов были построены зависимости изменения коэффициентов
влагообмена от поверхностной влажности для выбранного диапазона
температур (рис. 4).
7
y = 12,23e-0,12x
R² = 0,9242
6
5
4
3
2
1
0
5
10
15
20
25
Поверхностная влажность, %
Рисунок 4. Зависимость коэффициента влагообмена от поверхностной
влажности древесины в диапазоне температур сушильного агента от 50°С до
72°С.
В результате проведенных экспериментальных исследований была
получена аппроксимирующая зависимость коэффициента влагообмена от
поверхностной влажности
11
β=12,23exp(-0,12uп)
(13)
Поскольку описанные выше эксперименты проводились в
относительно узком диапазоне варьирования температуры и относительной
влажности сушильного агента при скорости его движения около 1,5 м/сек
выявить значимое влияние параметров воздуха на коэффициент влагообмена
не удалость. В связи с этим было принято решение считать, что коэффициент
влагообмена в первом приближении зависит только от поверхностной
влажности.
В пятой главе приводятся результаты экспериментов по определению
безопасных параметров сушильного агента в начале процесса сушки.
Поскольку именно на начальном этапе сушки в древесине возникают
напряжения, достаточные для растрескивания материала, экспериментальные
сушки проводились до достижения древесиной влажности 30-35%, при
которой возможен переход на вторую ступень сушки, либо до момента
появления поверхностных трещин. Для опытов использовались образцы из
древесины дуба толщиной 8, 12 и 19 мм тангенциальной распиловки,
поскольку при таком расположении годичных слоев наиболее вероятно
появление поверхностных трещин.
В ходе опытных сушек, которые проводились при температурах 75°C,
65°C и 55°C, существенное поверхностное растрескивание образцов
толщиной 19 мм происходило при степени насыщенности около 0,7,
образцов толщиной 12 мм – при степени насыщенности около 0,6 и образцов
толщиной 8 мм – при степени насыщенности около 0,5.
Результаты этих опытов, еще раз подтвердили необходимость
регулирования степени насыщенности сушильного агента при сушке шпона
повышенной толщины и тонких досок из древесины твердых лиственных
пород, например, дуба.
Для разработки режимов сушки было принято решение сохранить
трехступенчатую структуру режимов. Для построения новых режимов сушки
было выбрано шесть базовых толщин толстого шпона и тонких
пиломатериалов: 6 мм, 8 мм, 10 мм, 13 мм, 16 мм и 19 мм.
При выборе температурного уровня разрабатываемых режимов
ориентировались на параметры существующих режимов сушки дубовых
пиломатериалов, которые прошли многолетнюю апробацию. Данное решение
обусловлено
повышенной
чувствительностью
древесины
твердых
лиственных пород к высоким температурам.
Температуры сушильного агента на первых ступенях разрабатываемых
режимов были определены следующим образом. Сначала была построена
зависимость температур сушильного агента на первых ступенях режимов
сушки дубовых пиломатериалов от их толщины. После чего эта зависимость
была экстраполирована в сторону меньших толщин. Благодаря полученной
зависимости
были
определены
температуры
первых
ступеней
разрабатываемых режимов сушки шпона повышенной толщины.
12
Аналогичным образом были выбраны температуры второй и третьей
ступеней с той лишь разницей, что температура на последней ступени
разрабатываемых режимов была ограничена уровнем 80°С. Ограничение
связано с тем, что в конвективных сушильных камерах, теплоснабжение
которых обеспечивается котельными на древесных отходах с открытым
контуром, сложно поднять температуру выше указанной величины
После выбора температурных уровней режимов определялась
оптимальная относительная влажность сушильного агента на каждой ступени
режимов сушки для всех выбранных типоразмеров шпона повышенной
толщины и тонких пиломатериалов. Для каждой ступени режимов она
рассчитывалась с помощью компьютерной программы DRYWOOD. Во всех
расчетах древесина дуба рассматривалась как свежесрубленная с начальной
влажностью 80%. Наиболее тщательно определялись параметры первых
ступеней режимов сушки, поскольку в начале процесса наиболее вероятно
образование поверхностных трещин. Для первой и последующих ступеней
степень насыщенности сушильного агента подбиралась так, чтобы
максимальные напряжения были на 10-15% меньше соответствующего
предела прочности.
Рисунок 5, в качестве примера, иллюстрирует изменения предела
прочности и поверхностных напряжений во время трехступенчатого
процесса сушки материала из древесины дуба толщиной 10 мм с начальной
влажностью 70% при t1 = 64 °C и φ1=0,71; t2 = 71 °C и φ2=0,63; t3 = 80 °C и
φ3=0,34.
Разработанные режимы сушки шпона повышенной толщины
представлены в таблице 1.
Рисунок 5. Расчетные изменения во времени (час) предела прочности
древесины 1 (МПа) и сушильных напряжений 2 (МПа) в процессе
трехступенчатой сушки в поверхностных слоях шпона толщиной 10 мм из
древесины дуба.
13
Таблица 1. Режимы сушки шпона повышенной толщины из древесины дуба и
других твердых лиственных пород
Средняя влажность
Параметры режима
древесины, %
Д01
до 6
35
35-25
<25
t, C
t, С

t, C
t, С

t, C
t, С

66
12
0,52
77
16
0,46
80
22
0,34
Индекс породы и номер группы
Д02
Д03
Д04
Д05
Д06
Толщина пиломатериалов, мм
св.6
св. 8
св. 10
св. 13 св.16 до
до 8
до 10
до 13
до 16
19
65
64
62
60
58
9
7
5
4.5
4,5
0,66
0,71
0,75
0,78
0,80
74
71
68
65
63
12,5
12,5
8
7,5
6,5
0,55
0,63
0,67
0,69
0,71
80
80
80
80
80
22
22
22
22
22
0,34
0,34
0,34
0,34
0,34
Для проверки надежности разработанных режимов была проведена
серия опытных сушек образцов из древесины дуба и бука толщиной от 6 до
14 мм. Кроме того, были использованы несколько образцов из древесины
бука толщиной 14 мм, склеенные по длине из коротких заготовок с
использованием водостойкого полиуретаного клея Soudal 66A.
Во время испытания разработанных режимов сушки шпона
повышенной толщины было проведено 18 опытных сушек. Все они оказались
успешными, поскольку ни в одной из них не наблюдалось растрескивания
образцов и чрезмерных перепадов конечной влажности по толщине. Отсюда
можно заключить, что новые режимы сушки шпона повышенной толщины
вполне надежны и могут быть рекомендованы к практическому
использованию. Также можно говорить о возможности применения режимов
для сушки не только цельных, но и склеенных заготовок шпона повышенной
толщины, получаемых способом, описанным в патенте №2624285 РФ
«Способ получения строганого шпона из короткомерных отходов ванчесов»
или ему подобным.
Производственные испытания разработанных режимов сушки
проводились на скандинавском предприятии «Карелия-Упофлор СиАйЭс»,
которое входит в концерн Karelia-Upofloor Oy. Концерн хорошо известен в
Центральной и Восточной Европе, Скандинавии, США и Японии как
производитель напольных покрытий, следующий принципам обеспечения
качества во всех сферах деятельности. Концерн имеет 4 завода по
производству твердых напольных покрытий: 2 в Финляндии, а также в
Румынии и России (Калужская область, Малоярославецкий район, с.
Маклино, ул. Кирова 1). Для проверки эффективности разработанных
режимов было проведено 2 экспериментальных сушки в итальянских
сушильных камерах периодического действия «Нарди», вместимостью около
50 куб.м. Высушивались до конечной влажности 8 % дубовые паркетные
заготовки толщиной около 20 мм различной ширины и длины. По
14
результатам производственных экспериментов было отмечено, что качество
сушки осталось на должном уровне, а ее продолжительность заметно
сократилась.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Анализ научных работ по существующим способам и проблемам
сушки шпона повышенной толщины позволил определить задачи
исследования для достижения основной цели работы – разработки
технологии сушки шпона повышенной толщины.
Для выполнения поставленных задач разработана и изготовлена
лабораторная сушильная установка, оснащенная системой автоматического
управления и измерительным комплексом. Исследована кинетика и динамика
процесса сушки шпона повышенной толщины. В результате проведенной
работы доказана необходимость регулирования относительной влажности
воздуха в ходе сушки шпона повышенной толщины, обоснована
необходимость разработки математической модели процесса его сушки,
которая позволит проводить качественный и количественный анализ
процессов
тепломассопереноса
в
шпоне
и
его
напряженнодеформированного состояния при сушке.
Описана математическая модель процесса сушки шпона повышенной
толщины. Разработана программа «DRYWOOD» для проведения расчетов по
принятой математической модели и разработки режимов сушки шпона
повышенной толщины.
Проверка адекватности принятой математической модели показала
необходимость уточнения коэффициентов влагообмена применительно к
данной модели. Изложены результаты исследования процесса влагообмена в
процессе сушки шпона повышенной толщины. Разработана методика
определения поверхностной влажности материала. Получена зависимость
коэффициента влагообмена при конвективной сушке древесины от
поверхностной влажности.
С помощью уточненной математической модели разработаны режимы
сушки шпона повышенной толщины из древесины дуба. На базе лаборатории
кафедры «Процессы и аппараты деревообрабатывающих производств» МФ
МГТУ им. Н.Э. Баумана проведена экспериментальная проверка режимов,
после которой они успешно внедрены в производственный процесс
предприятия ООО "Карелия-Упофлор СиАйЭс". Разработанные режимы
сушки шпона повышенной толщины рекомендуются к производственному
применению.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
В изданиях, рекомендованных ВАК
1. Метод определения поверхностной влажности древесины
/ Д.А. Самойленко [и др.] Вестник МГУЛ - Лесной вестник, 2016. №3
С. 66-71.
15
2. Определение
коэффициентов
влагопроводности
при
низкотемпературной сушке древесины / Д.А. Самойленко [и др.],
Вестник МГУЛ - Лесной вестник, 2016. Т. 20. № 4. С. 34-39.
Патенты
3. Способ получения строганого шпона из короткомерных отходов
ванчесов: пат. 2624285 РФ / А.С. Воякин, Н.В. Скуратов,
Д.А. Самойленко, Заявл. 22.03.16, опубл. 03.07.17, Бюл. № 19. – 5 с.
В других изданиях
4. Скуратов Н.В., Самойленко Д.А. О возможности сушки шпона
повышенной толщины в современных сушилках // Технология и
оборудование для переработки древесины: сборник научных трудов.
М.: ФБГОУ ВПО МГУЛ, 2013. Вып. 368. С. 20-25.
5. Самойленко Д.А. Установка для исследования динамики и кинетики
конвективной сушки древесины // Технология и оборудование для
переработки древесины: сборник научных трудов. М.: ФБГОУ ВПО
МГУЛ, 2014. Вып. 370. С. 66-69.
6. Многоканальная система автоматического управления сушильными
камерами для древесины / Д.А. Самойленко [и др.] // Актуальные
проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов в
различных отраслях промышленности и агропромышленном
комплексе: Сборник научных статей. Курск: ЗАО «Университетская
книга», 2015. С. 449-451.
7. Методы контроля качества сушки пиломатериалов / Д. А. Самойленко
[и др.] // Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки
материалов
в
различных
отраслях
промышленности
и
агропромышленном комплексе: Сборник научных статей. Курск: ЗАО
«Университетская книга», 2015. С. 452-454.
8. Measurements during wood drying based on x-ray and slicing techniques
and computation of diffusion coefficients / D. Samoilenko [et al.] // Pro
Ligno, 2015. Т. 11. №. 4. рр. 383-388.
9. Сапожников И.В., Скуратов Н.В., Самойленко Д.А. Лабораторный
стенд для исследования влагообмена капиллярно-пористых тел
/ Современный физический практикум. М: ООО «Издательский дом
МФО», 2016. №14. С. 186-189
16
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
697 Кб
Теги
толщины, технология, шпон, повышенных, сушка
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа