CC BY
32
цих коридорах здшснюеться трелювання деревини. Ширина коридорiв, вщ-даль мiж ними залежать вщ конкретних умов, а також прийнятого трелю-вального механiзму. Запропонована комбшована канатно-трелювальна система може бути усшшно використана i при такш схемi розробки лiсосiк.
Таким чином, найбшьш прийнятним трелювальним засобом деревини шд час розроблення гiрських люосж, виходячи з умов збереження життездат-ного пiдросту, е пiдвiснi канатш установки. Але вони е досить дорогими i тому практично недоступними для малих пiдприемств. У цьому випадку найбшьш ефективними будуть комбшоваш канатно-трелювальнi системи, якi можуть бути усшшно застосоваш як у прськш, так i в рiвниннiй мiсцевостях.
Лiтература
1. Каневский М.В., Вороницын К.И. Писаренко А.И. и др. Лесозаготовки в горных районах СССР и за рубежом. - М.: Лесн. пром-сть, 1974. - 384 с.
2. Шкчря Т. Технология 1 машини люоачних робгт. - Льв1в: Тр1ада плюс, 2003. - 352 с.
3. Тереля 1.П., Кий В.В., Кий А.В. Особливосп технологичного освоення прських ль ав// Наук. вюник НЛТУ Украши: Зб. наук.-техн. праць. - Льв1в: НЛТУУ. - 2007, вип. 17.1. -С. 123-128.
4. Горшенин Н.М. Эрозия горных лесных почв и борьба с ней. - М.: Лесн. пром-сть, 1974. - 128 с.
УДК 674.047 Проф. П.В. Бтей, д-р. техн. наук - НЛТУ Украти, Львiв;
директор В.М. Павлюст, канд. техн. наук - ТзОВ HIBiT
АНАЛ1З МЕТОД1В РОЗРАХУНКУ ТРИВАЛОСТ1 ТЕПЛОВОГО
ОБРОБЛЕННЯ ДЕРЕВИНИ
Описано i проаналiзовано графоанал^ичний, практичний та експерименталь-ний методи розрахунку тривалосп теплового оброблення деревини.
Prof. P.V. Biley-NUFWTof Ukraine, L'viv; director V.M. Pavlyust - PF "NIViT"
The analysis of calculating methods for duration of wood warming machining
Graphoanalytical, practical and experimental calculating methods for wood warming machining are described and analyzed
Для теплового оброблення деревини застосовують таю основш спосо-би на^вання: кондуктивний (контактний), конвективний, радiацiйний та дь електричний. Найбшьш штенсивними е кондуктивний та дiелектричний. Але вони мають також i ютотш недолжи. Тривалий контакт деревини з нагр^ою поверхнею призводить до деструкци поверхневих шарiв матерiалу. Дiелек-тричне нагрiвання е дорожчим i вимагае складного устаткування. Крiм того, за низько! вологостi деревини воно е неефективним [1].
Основне промислове значення мае конвективне на^вання деревини, яке використовують в люопилянш, виробнищв лущеного i струганого шпону, при сушшш i захистi деревини.
Процеси конвективного на^вання деревини е дуже складними. 1хш фiзичнi закономiрностi визначаються одночасним протжанням рiзних тепло-масообмiнних явищ. Якщо вiдокремити масообмiннi явища, то процеси наг-рiвання (конвективного) характеризуются конвективною тепловiддачею (передача тепла вщ середовища до поверхнi матерiалу) та теплопровiднiстю (передача тепла всередиш матерiалу).
Теплове оброблення деревини проводять у виглядi пластини (дошки, заготовки, бруси) i цилiндричних сортименпв при ix широкому асортиментi та рiзниx параметрах середовища. Це приводить до великого розмаггтя про-цеЫв i кожен з них мае своi особливостi. Процеси теплового оброблення Г.С. Шубш [1] подшяе на двi великi групи:
• процеси, при яких не ввдбуваються фазовi перетворення (випаровування,
конденсацiя, розморожування);
• процеси, при яких ввдбуваються фазовi перетворення.
До першоi групи вщносять нагрiвання вологоi деревини з початковою температурою t0 вище 0°С без випаровування вологи (прогрiвання деревини перед сушшням, гнуттям, теплове оброблення у виробнищв шпону). До дру-roi групи вiдносять прогрiвання деревини при ii початковiй температурi ниж-че 0°С без змiни вологост деревини (розморожування).
Т (1)
дт Ср дх2
Для визнання тривалост прогрiвання скористаемося вихщними рiв-няннями (1) при початковш умовi - рiвномiрному розподiлi початковоi тем-ператури деревини
t(T_v,x) _ t0 _ const. (2)
Граничш умови (ГУ) при конвективному про^ванш приймають як граничнi умови ГУ III роду ^вняння (3.7)) i як окремий випадок - ГУ I роду.
При ГУ I роду а ^да, tn « tc
а ^ да; t0 _ const. (3)
Результат розв'язання рiвняння (1) за умов (2) та (3) отримуемо у виг-лядi рядiв Фур'е:
• температура в будь-якш точщ перетину
tC _ tx да ©т _ -C-х _ X An C0S
tc _ t0 rc_Y
• середня по перетину температура
Mn
1 - Х
V R у
exp (-MF0); (4)
_ t _t да
©т _ _ X Bn exp F). (5)
tc _ t0 rc_1
У виразах (4) i (5) An, Bn - параметри рiвняння, якi залежать вiд критерш Бiо, визначаються
Bi = aR/k; (6)
- коефщент характеристичного рiвняння; 0 - безрозмiрна температура до-вшьно! точки сортимента; х / Я - безрозмiрна координата; ^ - температура середовища, °С; ^ - початкова температура деревини, °С; Тх - середня температура деревини в заданш точщ, °С; F0 - критерш Фур'е, визначаемо
„ ат ^ = Я2,
(7)
де: а - коефщент темперaтуропровiдностi, м/с; т - тривалють нагрiвання, хв.; Я - характерний розмiр (половина товщини сортимента), м.
За рiвняннями (1) та (2-5) отримаемо таю розрaхунковi сшввщношен-ня для визначення тривалост прогрiвaння: • тривалшть розморожування, с
5?
тР =
Ру № - жгр) "
^ 100 ' +РС("))
(8)
де: у - питома теплота плавлення льоду, у=335 кДж/кг; ру - умовна густина де-ревини, кг/м ; Жгр - пгроскошчна вологiсть при вщ'емних температурах; С(-) -питома теплоемшсть деревини при мiнусових температурах, кДж/(кг град); • тривалшть нагр1вання тсля повного розморожування.
0,235?,
Тн =--
а
и 1х
1
/ л 1,5
Г 1 - хл
Я у
V
тривалшть нагр1вання тсля повного розморожування (при х = Я)
Тн
0,23512
а
18-
tc tx
(9)
(10)
тривалшть прогр1вання (тсля повного розморожування) до задано! се-
редньо! температури t по перетину
0,23512 1 0,6/с ,
Тн
а
-18-
^ -1
тривалшть прогр1вання по ос двом1рно! пластини (х=Я)
0,23512
Тн =■
1 + 02 Г 51 ] 2
а1
а1 152
0,66 00
(11)
(12)
де: 00 =0102; 01,02 - вщповщно безрозмiрнa температура за товщиною та шириною мaтерiaлу; а1, а2 - вiдповiдно коефiцiенти темперaтуропровiдностi за товщиною (51) i шириною (52) мaтерiaлу.
Нaведенi вище розрaхунковi залежност придaтнi для розрaхункiв за умови постшно! температури середовища 1с=сот1 та наближення Обидвi цi умови в реальних процесах не витримуються. Перша умова не вит-римуеться, тому що в початковий момент про^вання мaтерiaл потребуе ве-
лико! кшькоси теплоти, а огородження установки - подолання теплово! шер-цп. Друга умова в початковий момент (майже протягом всього початкового про^вання) не витримуеться через штенсивну передачу теплово! енерги вiд поверхневих до центральних шарiв деревини.
Тривалiсть теплового оброблення фанерно! сировини та пиловника Г.С. Шубш [2] рекомендуе розраховувати табличним методом за формулою
тп = твих AnAdAкорпСQ, (13)
де: твих - вихiдна тривалiсть теплового оброблення сортименпв для рiзноl температури середовища (с) при W=80 %,/0 =-20 С; А3 - коефщент, який враховуе глибину розморожування - Б; - коефщент, який враховуе дiйсну вологiсть матерiалу -W; А0 - коефiцiент, який враховуе початкову температуру Ч0; Ап - коефiцiент, який враховуе породу деревини (за ру); А - коефь цiент, який враховуе дiаметр (для ванчесiв - £1 та £2); Акорп - коефщент, який враховуе наявнiсть кори (без кори Акорп = 1); Сд - коефiцiент, який враховуе сповшьнення процесу прогрiвання залежно вiд товщини (дiаметра) сортимента, фактично витрачено! кiлькостi теплоти на на^вання та температури на^вання.
Проведенi Г.С. Шубiним дослiдження дали змогу представити розра-хунки тривалост початкового прогрiвання пиломатерiалiв аналогiчно рiвнян-ню (13) та наведеного в керiвних технiчних матерiалах (КТМ) камерного су-шiння пиломатерiалiв [3]. Детальний огляд режимiв початково! тепловолого-обробки при сушшш пиломатерiалiв наводиться в дослщженнях П.В. Бiлея. На його думку, вс наведенi в л^ературних джерелах методи розрахунку три-валост теплового оброблення деревини мають т чи iншi недолiки.
Розглянемо основш практичнi чи графоаналiтичнi методи розрахунку тривалост початкового прогрiвання, в тому чи^ i перед сушiнням пилома-терiалiв, якi застосовують у дослщженнях та у виробничiй практицi.
Практичш методи. П.С. Серговський [4] розробив рекомендаци з технологи початково! тепловологообробки пиломатерiалiв залежно вiд пори року, породи деревини, волопсного стану матерiалу i конструкцп сушильно! камери. Тривалють процесу прогрiвання, залежно вiд названих вище факто-рiв, становила 1.. .6 год. на кожнi 2,5 см товщини матерiалу. Наприклад, для бука тривалють початкового прогрiвання сягала 3 години (на кожш 2,5 см товщини) з температурою на 5оС вище першого ступеня та вщносною воло-гiстю повiтря 100 %. При цьому тривалють тепловологообробки рахують з моменту досягнення в камерi режимних параметрiв (/с,р), тобто тут виклю-
чаються теплошерцшш характеристики сушильно! камери. Однак в цих режимах не передбачено початкового прорву при вологост деревини нижче границ насичення.
На пiдставi експериментальних даних та виробничого досвiду реко-мендують проводити початкове про^вання на 5...8°С вище температури першого ступеня (але не вище 100°С) в насиченому водяною парою повг^ р» 100% при початковiй вологост матерiалу Жп > Жтн та при р» 0,9...0,95 i
< Жтн. Наприклад, для бука тривалють початкового теплового оброблення рекомендуеться приймати 1,5.2,0 год. на 1 см товщини при ^ > та 2,0.3,0 год. на 1 см товщини при ^ < 0°0 . Крiм того, керiвнi технiчнi матерь али (КТМ) з технологи камерного сушшня пиломатерiалiв рекомендують ко-ристуватись табличним методом для визначення тривалост початкового теплового оброблення пиломатерiалiв за формулою
т =Твих AтAвAnAш, (14)
де твих - вихiдна тривалiсть початкового про^вання, яка розрахована для соснових пиломатерiалiв при ^р = 80°С, М = 1°С з на^ванням по центру сортименту до = 77°С, волопстю Жп = 60%, гд = -20...0°С та при ширин штабеля 1,8 м, год.; АтАвАпАш - коефщенти, якi враховують початкову температуру деревини г0 та температуру середовища tc(Аг), вологiсть деревини (Ав), и породу (Ап) та ширину штабеля (Аш) .
Даш рекомендаци щодо проведення початкового про^вання розпов-сюджуються на сушильнi камери перюдично! ди, якi мають зволожувальш трубки та на камери безперервно! дд!, оснащенi спецiальними вiдсiками для початкового теплового оброблення. Однак щ рекомендаци не враховують теплово! шерци камер.
Графоаиалiтичиi методи. 1.В. Кречетов [5] рекомендуе визначати тривалють прорву пиломатерiалiв перед сушiнням за допомогою дiаграми, яка враховуе кiлькiсть теплово! енерги, що передаеться матерiалу шд час наг-рiвання. При цьому, на думку 1.В. Кречетова, тривалють початкового нагрь вання потрiбно вщраховувати з моменту досягнення параметрiв середовища в сушарщ заданого режимом значення. Цю методику визначення тривалост початкового теплового оброблення при сушшт пиломатерiалiв слiд вважати унiверсальною. Однак ютотним II недолiком е труднощi при визначенш кшь-костi теплоти (фактичного значення), яка витрачаеться при на^ванш.
Для випадюв, коли деревина, що про^ваеться, мае початкову температуру вище 0оС, визначення тривалостi про^вання до потрiбноI температу-ри в заданш точцi можна здiйснити за номограмами О.В. Ликова [6]. Розра-хунок за допомогою цих номограм вважатиметься правильним за умови дот-римання таких вимог:
• початкова температура (деревини е однаковою для вс1х точок сортимента (в бшьшост1 випадшв так воно 1 е);
• температура середовища (^), в якому нагр1ваеться деревина, е постшною протягом всього процесу прогр1вання (ввдповвдае дшсност1 лише у другш половит тривалост1 початкового прогр1вання та в процес пропарювання);
• нагр1вання ввдбуваеться в середовишд насичено! пари або у вод1, тобто сере-довище забезпечуе штенсивний теплообмш з поверхнею матер1алу, коли без велико! похибки можна вважати, що а ^да та В^ ^да, 1, ввдповвдно, ^ ^ ^ (ця умова витримуеться тшьки у другш половит процесу початкового прогр1вання та в процес пропарювання);
• не ввдбуваеться вологообмш м1ж матер1алом та середовищем (ця умова вит-
римуеться не повтстю: при тепловому обробленню ввдбуваеться також 1
незначний вологообмш).
Розв'язок рiвняння (1) за умов (2) отримано у критерiaльнiй формi
0 = / { X; Fo; В 1. (15)
VЯ У
Як вказувалося вище, а ^да, а tn ^ tc, тому критерш Бiо можна ви-вести з критерiaльного рiвняння (15). Таким чином, розв'язок рiвняння (1) при вказаних граничних i початкових умовах буде мати вигляд
0 = / {Я; Fo 1. (16)
VЯ У
Номограма, розроблена О.В. Ликовим, зв'язуе три величини - х/Я; F0 та 0. Таким чином, за вщомими значеннями 0 та х/Я з критерш Фур'е зна-ходимо тривaлiсть процесу на^вання. В цiй зaдaчi вiдомi значення tc, t0, tx,х,Я, тому на номогрaмi О.В. Ликова в точщ перетину значень 0 та х/Я знаходимо величину критерш Фур'е - F0. А дaлi за формулою (7) знаходимо тривалють про^вання, с.
Як видно з aнaлiзу умов розрахунку, наведених вище в дужках, цей графоанал^ичний метод, який широко використовуеться в розрахунках тд час виготовлення струганого та лущеного шпону, мае ютотш недолши.
Експериментальш дослщження режимiв та технологи початкового теплового оброблення пиломaтерiaлiв i заготовок твердих листяних порщ, якi проводили П.В. Бшей, Й.В. Андрашек та В.М. Павлюст, показали, що швид-кiсть зростання температури на поверхш i в цен^ мaтерiaлу вiдстaе вiд швидкост зростання температури середовища (наприклад, для бука товщи-ною 51=32 мм при 11с=62°С, ф=100 %) вщставання становить 2,5 год. При про^ванш мaтерiaлу в штaбелi тривaлiсть процесу збшьшуеться вдвiчi. За розрахунковою номограмою Г.С. Шубiнa, коефiцiент сповiльнення прогрь вання у штaбелi змiнюеться в дiaпaзонi вiд 0 до 36. Таю змши значення ко-ефщента сповiльнення призводять до вкрай неточного визначення тривалос-тi процесу початково! тепловологообробки [1]. Використавши дiaгрaму для витрат теплоти на прогрiвaння деревини та результати експериментальних дослiджень, автор отримав емшричну зaлежнiсть тривaлостi початкового про^вання букових пиломaтерiaлiв тпр, год.
Тпр = 2,95 • Ш-^0,92^№п, (17)
де: tд - температура деревини (в центрi сортимента); tд = tc - 3°С ; tc - температура середовища, °С; 51 - товщина мaтерiaлу, мм; Жп - початкова воло-гiсть деревини, % абс.
За даною залежшстю (17) побудовано номограму, яку можна викорис-товувати в шженерних розрахунках.
Оптимiзaцiя режимiв i технологи пропарювання букових пиломатерь aлiв (заготовок) мае основною своею метою визначення тривалост операцш
цього процесу: теплово! шерцн (тривалостi розгону) обладнання (т0); розмо-рожування (тр); початкового прорву (тпр); пропарювання (тос); охолоджен-ня (Тох ).
Таким чином, цшьову функцiю оптимiзащl процесу пропарювання потрiбно шукати з врахуванням запропонованих вище рекомендацiй за такою залежшстю:
T = f (тo, тр? тпр, Тос, Тох, tc, tx, to, Si, S2,W) ^ min.
Висновки. При тепловому обробленню деревини з волопстю вище точки насичення клiтинних стшок пiд час теплово! стеркшзаци букових пи-ломатерiалiв процес вщбуваеться без змши в нiй агрегатного стану вологи. Тобто процес тепловологообробки визначаеться лише двома явищами: тепло-обмшом поверхнi матерiалу з навколишнiм середовищем та теплопровщшс-тю деревини.
Лггература
1. Б|лей П.В. Теоретичш основи теплового оброблення i сушшня деревини: Моногра-ф1я. - Коломия: Вш, 2005. - 364 с.
2. Шубин Г.С. Сушка и тепловая обработка древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1990. -
336 с.
3. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. -Архангельск.: ЦНИИМОД, 1985. - 143 с.
4. Серговский П.С., Расев А.И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1987. - 360 с.
5. Кречетов И.В. Сушка древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 432 с.
6. Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. - 472 с.
УДК 674.047 Ст. наук. ствроб. О.О. Шнчевська, канд. техн. наук -
Нацюнальний аграрный умверситет, м. Kuïe
ПОПЕРЕДНЯ ОЦ1НКА ЯКОСТ1 СУШ1ННЯ ПИЛОМАТЕР1АЛ1В З В1ЛЬХИ
Запропоновано метод розрахунку дисперсп кшцево'1 вологосп пиломатерiалiв у сучасних камерах за умови описання процесу сушшня стохастичною моделлю з мш-ливими початковими та граничними умовами. Розрахунковi та експериментальш ^mï поточно'1 дисперсп вологосп вшьхових пиломатерiалiв мали задовшьну збiж-нiсть, що дае змогу прогнозувати якiсть сушiння 1'х в камерах рiзних конструкцiй.
Senior research officer O.O. Pinchevska - National agrarian university, Kyiv Preliminary assessment of drying quality alder sawn timbers
Proposed method of calculation of the dispersion finish moisture content by description the wood drying process as probability model with the accidental initial and boundary conditions. Calculation and experimental curved lines of current dispersion moisture content of alder saw timbers has satisfactory coincidence, so this method can be used for prognosis drying quality kiln dried alder saw timbers in different chambers.
Сушшня пиломатер1ал1в мае важливе мюце в технолопчному процеЫ виготовлення деревних вироб1в. Пщ час сушшня формуеться значна кшьюсть
