CC BY
128
ИНЕРЦИОННОСТЬ АКТИВНЫХ СПОСОБОВ УСТРАНЕНИЯ ПОКОРОБЛЕННОСТИ ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ
INERTNESS OF ACTIVE METHODS OF ELIMINATION WARPING OF WOOD
BOARDS
Плотников С.М., Колмаков О.В., Руденко Б.Д. (СибГТУ, Красноярск, РФ) Plotnikow S.M., Kolmakov O.W., Rudenko B.D.
(Siberian State Technological University, Krasnoyarsk)
Рассмотрено быстродействие активного устранения покоробленности древесных плит в линиях с прессами периодического и непрерывного действия. Оценено количество бракованных плит, производимых за время реакции системы.
Examined the performance of four active ways to eliminate warping of wood boards in lines with batch and continuous presses. Evaluated number of defective boards produced during the reaction of system.
Ключевые слова: древесная плита, покоробленность, реакция системы
Key words: wood board, warping, the reaction system
Покоробленность древесных плит (ДСП, OSB, MDF, LVL) является наиболее часто встречающимся и трудно устранимым дефектом. Она может быть вызвана как внешними причинами (неодинаковая влажность среды на противоположных пластях плиты, механические деформации плиты при ее складировании и т.п.), так и внутренними причинами. К последним относятся неизбежные дефекты изготовления и обработки плиты: несимметрия профиля плотности или влажности исходного стружечного ковра, асимметрия температур верхней и нижней прессующих поверхностей, их прогиб, неравномерная сошлифовка пластей плиты и т.д.
Покоробленность плит уменьшается выдержкой плит в штабеле, их калиброванием или приложением обратной прогибу деформации в условиях определенной влажности и температуры [1]. Данные способы никак не связаны с технологическим процессом изготовления плит, они осуществляются уже на готовой древесной плите, поэтому их можно отнести к пассивным способам устранения покоробленности. Традиционные пассивные способы имеют существенные недостатки. Так, выдержка плит в штабелях загружает производственные площади, а обратная деформация плит может осуществляться только вручную, причем величину данной деформации, приходится определять по сложным зависимостям и экспериментальным данным.
Сущность современных активных способов [2] заключается в том, что на основании величины и формы покоробленности готовой плиты непосредственно в процессе изготовления последующих плит задается изменение какого-либо технологического параметра, приводящее к уменьшению или полному устранению в готовых плитах покоробленности. Следует отметить, что при наличии достаточно простых датчиков коробления, устанавливаемых на участке кондиционирования или обрезки готовых плит, и правильной начальной настройке системы автоматического управления такое изменение легко реализуется автоматически, поэтому не требуется сложных расчетов для определения величины и направления вводимого воздействия.
Активные способы устранения покоробленности пока еще не нашли широкого применения, поэтому необходимо проведение анализа, позволяющего выбрать тот или иной способ и оценить его эффективность.
Изменяемыми технологическими параметрами могут быть как структурные параметры исходного стружечного ковра (послойная или поверхностная влажность, послойный фракционный профиль и т.д.), так и температурная асимметрия прессующих плит. Схема введения обратных связей в процесс производства древесных плит с целью устранения их покоробленности представлена на рисунке 1.
Стружечный Стружечные
Стружка ковер пакеты
Рисунок 1 - Схема линии с прессом периодического действия с обратными связями для устранения покоробленности
При исключении покоробленности за счет создания в формирующей машине разности масс наружных слоев трехслойного ковра время реакции САУ в линии с прессом периодического действия будет составлять:
т = т + т + т + т + т
Т Дт Т тр 1 Т заг 1 Т пр 1 Т раз 1 Т в ,
где Ттр - время транспортировки стружечного ковра до загрузочного устройства, включая время разделения ковра на пакеты. Ориентировочно Ттр = 2 мин.
Тпр - время прессования, определяемое толщиной изготовляемых плит. С учетом того, что время прессования в современных прессов составляет 0,25 мин./мм плиты, для плит толщиной 16 мм принимаем Тпр = 4 мин.
Траз - время разгрузки пресса. Принимаем Траз = 1 мин.
Тзаг - время загрузки брикетов в пресс (включая накопление брикетов на этажерке), которое зависит от этажности пресса. Данное время не имеет смысла делать меньше времени прессования и разгрузки, принимаем Тзаг = Тпр + Траз = 5 мин.
Тв - время выдержки плиты для образования ее начальной деформации.
С одной стороны, необходимо, чтобы деформация горячей плиты приняла определяемые формы, когда возможна ее надежная корреляция с будущей по-коробленностью плиты. Чем больше Тв, тем надежнее эта корреляция [3]. С другой стороны, общее время реакции системы должно быть как можно меньшим, чтобы было изготовлено меньше покоробленных плит. При достаточно большом значении Траз (1 мин и более) временем выдержки Тв можно пренеб-
речь, т.к. за время выгрузки из пресса ее деформация уже примет определенную форму и величину.
Для линии с прессом периодического действия ТДт при изготовлении плит толщиной 16 мм составляет около 12 мин. Принимая цикл изготовления плит равным времени прессования Тпр, можно заключить, что за время реакции системы будет произведено 3 покоробленных плиты.
В прессах непрерывного действия операции загрузки и разгрузки пресса отсутствуют, а время транспортировки ковра и время выдержки плиты могут быть приняты равными 1 мин. Тогда:
Тдт = Тр + Тпр + Тв = 1 + 4 + 1 = 6 мин.
Создание разной влажности наружных слоев трехслойного ковра, осуществляется на этапе осмоления стружки. [4]. Время реакции системы при данном способе можно принять равным времени ТДт с добавлением части периода осмоления стружки, времени транспортировки стружки от смесителя до формирующей машины. Данный способ наиболее инерционен.
Воздействие на поверхностную влажность осуществляется дождевальной установкой, размещенной непосредственно перед загрузочным устройством [4]. Время реакции такой системы:
Тди Тзаг + Тпр + Траз + Тв .
Время Тди для прессов периодического действия ориентировочно составляет 10 мин., для прессов непрерывного действия - 5 мин.
Покоробленность плит можно устранять также за счет создания разности температур ДТ между прессующими плитами пресса [5].
Очевидно, время реакции такой системы будет наименьшим, т.к. прессование - это последний этап в изготовлении плиты (не считая операций шлифования и раскроя). Кроме того, имеется возможность создания температурной асимметрии не с самого начала прессования, а на определенной стадии данного процесса. Время реакции такой системы:
ТДт в' Тпр + Траз + Тв ,
где в - коэффициент, показывающий, на какой стадии прессования начинает действовать обратная связь по параметру ТДт. При действии этой связи сразу после смыкания пресса в = 1, в середине цикла прессования в = 0,5.
С учетом значений параметров (Тпр = 4 мин, в = 0,5 , Траз = 1 мин и Тв = 0), время реакции ТДт ориентировочно составляет 3 мин. Это минимальное время реакции для всех возможных систем. Задание температуры прессующих поверхностей технически проще и осуществляется точнее, чем создание дисбаланса структуры и влажности при формировании ковра.
Время реакции систем устранения покоробленности и количество покоробленных плит толщиной 16 мм, произведенных за период данной реакции, для прессов периодического и непрерывного действия представлены в табл. 1.
Таблица 1 - Реакция систем устранения покоробленности: числитель - в линиях с прессами периодического действия, знаменатель - в линиях с прессами непрерывного действия
Параметр Вводимая асимметрия
Послойная Послойная Поверхностная Температура
влажность плотность влажность прессующих плит
Время реакции системы, мин 20 > 14 12 6 10 5 3 3
Число плит, изготов- > 5 3 3 2 1
ленных за время реак- 2 1 1
ции
Таким образом, наиболее эффективным в смысле быстродействия является способ устранения покоробленности за счет создания температурной асимметрии прессующих плит. При этом для плит толщиной 16 мм минимальное время реакции системы составит около 3 минут. За этот период будет изготовлена только одна покоробленная плита, а все последующие плиты будут иметь внутренние напряжения, которые компенсируют появляющееся коробление. Наиболее инерционным следует считать способ, задающий асимметрию послойной влажности стружечного ковра.
За счет отсутствия таких операций, как разделение ковра на брикеты, загрузка их в пресс, смыкание и разгрузка пресса, линии с прессами непрерывного действия являются менее инерционными в смысле применимости активных способов устранения покоробленности.
Список использованных источников
1. Поташев, О.Е. Механика древесных плит / О.Е Поташев, Ю.Г. Лапшин. - М.: Лесн. пром-сть, 1982.- 112 с.
2. Плотников, С.М. Активные способы уменьшения покоробленности древесностружечных плит / С.М. Плотников // Изв. вузов. Лесной журнал. - 1992.- №3. - С.76-80.
3. Плотников, С.М. Исследование покоробленности древесностружечных плит с асимметричной структурой // Изв.вузов. Лесной журнал. - 1989. №1.- С.49-53.
4. Патент 2508193 РФ, МПК В 27 N3/02. Линия для изготовления древесностружечных плит / Плотников С. М., Нимц П. - опубл. 27.02.2014. Бюл. № 6.
5. Плотников, С. М. Устранение покоробленности древесностружечных плит температурной асимметрией прессования / С. М. Плотников // Деревообрабатывающая промышленность. - 2008. -№ 3. - С.6-8.
