CC BY
11
3. ТЕХНОЛОГИ! ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК674.047 Ст. наук. ствроб. О.О. Птневська, канд. техн. наук;
магктр В.М. Гоняк - Нащональний аграрный утверситет, м. Kuïe
К1НЕТИКА СУШ1ННЯ ПИЛОМАТЕР1АЛ1В З В1ЛЬХИ
Експериментально встановлеш значення коефщенпв вологопровiдностi вiльхи залежно вщ температури середовища. Встановлено, що експериментальнi кривi кше-тики сушшня пиломатерiалiв з вiльхи в камерах з водяним теплопостачанням мають вигляд подвшно'1 експоненти i не можуть бути описанi рiвнянням вологопровiдностi. Запропоновано опис процесу сушшня з врахуванням термовологопровщносп, на пiдставi якого розроблений адекватний метод розрахунку кшетики сушшня.
Senior research officer O.O. Pinchevska; master's degree V.M. Gonyak - National agrarian university, Kyiv
Drying kinetic of alder sawn timbers
Were determined by experimental the coefficient of moisture diffusion of alder and its dependence from temperature. Also determined that experimental drying kinetic curved lines of the alder saw timbers dried in the chamber with water-supply heater have double-exponential form, are couldn't exactly described by the moisture permeability equation. The description of drying process with the register of thermo-moisture permeability and adequate calculated method of drying kinetic are proposed.
Деревина вшьхи останшм часом набула велико1 популярност при ви-готовленш мебл1в, м1ж тим досвщ в сушшш пиломатер1ал1в з вшьхи ба-зуеться на теоретично необгрунтованих рекомендащях, побудованих без знання теплоф1зичних параметр1в ще1 породи. Досягти яюсного сушшня за таких умов досить важко, нав1ть при застосуванш м'яких режим1в сушшня, що рекомендован для сучасних камер з водяним теплопостачанням.
Одним з найважливших для сушшня ф1зичних параметр1в деревини е коефщент вологопровщност^ який характеризуе штенсившсть потоку воло-ги всередиш деревини. Значення його для деревини вшьхи невщом^ хоча без цих даних неможливо побудувати р1вняння кшетики сушшня та рацюнальш режими сушшня пиломатер1ал1в. У зв'язку з цим були проведеш дослщження з визначенню коефщента вологопровщност деревини вшьхи.
Вщомо, що коефщент вологопровщност визначаеться експеримен-тальним шляхом i для цього рекомендовано таю методи: стацюнарного току, нестацюнарного току, дослщних сушшь та контактного зволоження. Бшьш надшним i точним е метод стацюнарного току, але вш потребуе значного часу - декшька мюящв для встановлення в зразку стацюнарного потоку вологи. Метод нестацюнарного току потребуе побудови розрахункових графтв роз-подшу вологи, що вимагае анашзу пошарового вологовмiсту в рiзнi перюди. При використаннi методу дослiдних сушок для розрахунку коефщента воло-гопровщност за теоретичним рiвнянням процесу необхщно знати коефiцiент
вологообмшу, який необхiдно визначати паралельно з коефщентом вологоп-ровiдностi, отримуючи з дослщу не одне розрахункове рiвняння, а систему з двома невщомими, що значно ускладнюе розрахунки.
Бшьш поширеним е метод контактного зволоження, який дае досить надiйнi результати i потребуе невеликих витрат часу на дослщження зразка -не бшьше доби, що дае змогу отримати велику кшьюсть даних. Цей метод було використано П.С. Серговським [1], Р.П. Алпаткшою [2], Г.С. Шубшим [3] для визначення коефщент1в вологопровщносл сосни, бука, дуба, модри-ни, ялини, берези та осики в дiапазонi температур вiд -30°С до 90 °С. Проведет експериментальнi дослiдження дали змогу виявити мшливють коефь цiента вологопровiдностi (коефщент варiаци становив Уа = 7,7%) та його за-лежнiсть вщ напрямку потоку вологи, температури.
Враховуючи певний досвiд у визначеннi коефщента вологопровщнос-тi iнших порiд було вибрано метод контактного зволоження. Суть методу контактного зволоження полягае у зволоженш зразюв двох рiзних розмiрiв за товщиною, шляхом контакту !х з фiльтрувальним папером певно! вологость Зразки попередньо витримували в ексикатор^ зарядженому сiрчаною кислотою вщповщно! щiльностi до досягнення ними певно! рiвномiрно розподше-но! рiвноважноl вологость Потiм !х обкладали фiльтрувальним папером i роз-мiщували в ексикатор^ зарядженому водою, де витримували протягом деяко-го часу т, встановленого на пiдставi попереднiх дослщв, для досягнення зразками певно! кшцево! вологостi Ж < Жмг (рис. 1, а).
а
б
Рис. 1. Розташування зразкв втьхи в ексикаторi для: а - визначення коефщ1ента вологопров1дност1; б - вологост1 меж1 гигроскопичности
Вираховували величину коефщента вологопровщност з рiвняння во-логопровiдностi, що вимагае даних про волопсть межi гiгроскопiчностi Жмг. Отже, ^м основних дослiдiв, було проведено допомiжнi дослiди з визначення вологост межi гiгроскопiчностi Жмг (рис. 1, б). Дослiди проводили в дь апазонi температур t = 25,40,60,80° С, для якого побудоваш залежностi за виз-наченням:
• вологост меж1 пгроскотчносп деревини вшьхи
Жмг = -0,05t + 37,34; (1)
• коефщента вологопровiдностi деревини вiльхи в тангенщальному напрямку
ат = 0,0059/1'66; (2)
• коефщента вологопровiдностi деревини вшьхи в радiальному напрямку
а'р = 0,0078/1'62 ; (3)
Отримаш р1вняння не суперечать вщомим твердженням щодо залеж-ност вологост меж1 пгроскошчносл [4] та коефщента вологопровщност вщ температури. Видно, що коеф1щент вологопровщност вшьхи в рад1ально-му напрямку е бшьшим в 1,1 раза за коеф1щент вологопровщносл в тангенщальному напрямку.
На сьогодш як режими сушшня, так 1 технолопя проведення процесу зазнали ютотних змш. ТеплоноЫем в сучасних люосушарках е гаряча вода з температурою t = 90 - 115°С. Вщтворення традицшно! технологи прогр1вання деревини перед сушшням в насиченому середовищд е економ1чно невипдним в камерах з водяним теплопостачанням [5], тому сучасна технолопя сушшня переважно не передбачае попереднього нагр1вання деревини за тдвищено! температури сушильного агента. Це пов'язано також з бажанням зберегти природний кол1р деревини, оскшьки прогр1вання за шдвищено! температури та високо! вщносно! вологост спричиняе и потемншня [6].
Процес нагр1вання штабелю вщбуваеться шляхом поступового збшь-
шення температури до температури першого ступеня режиму сушшня. Сту-
шнь насичення середовища при цьому шдтримуеться таким, щоб запоб1гти
конденсацп вологи на матер1ал1, яка зволожуе поверхню \ тим самим сприяе
осушенню повггря - р = 80 - 85% [7, 8]. Кр1м того, зайву вологу необхщно по-
т1м видаляти з камери, що тдвищуе соб1варт1сть сушшня. Небажана конден-
сащя вологи на огороджувальних конструкщях викликае 1х руйнування. ьи
2 -»— шексп,% Рис. 2. Крит сушшня пиломатериалов з
~1 ■ шрозр, % Г вшьхи товщиною 50 мм:
^ ^^ розрахована за р1внянням
вологопров1дност1 та Н/екст отримана при
суштт в камерах з водяним теплопостачанням у виробничихумовах
о ^ у_ \ На вщмшу вщ попереднього про-
гр1вання деревини в насиченому середо-вищд поступове прогр1вання супрово-джуеться видаленням води з матер1алу з невеликою швидкютю [9]. Крив1 супин-5 1? '.5 ,20 25 ня за таких умов ютотно вщр1зняються
Тривал1сть сушшня, дю о г
(рис. 2), вони мають ¿-подюну форму або форму подвшно! експоненти. Пор1вняння !х 1з кривими, побудованими 1з застосуванням тшьки р1вняння вологопровщност1, дае велику похибку Ат = 0,4 - 0,6т.
Це пов'язано з вщсутшстю у розрахунковому р1внянш кшетики сушшня складово!, яка враховуе перерозподш вологи в деревиш, що не дае змоги
правильно вщтворити характер змiни вологовмiсту у штабелi протягом всьо-го процесу i найбiльша помилка наявна на його початку. Для врахування тем-пературно! складово! на процес перерозподшу вологи в необмеженiй пластинi ми використали рiвняння, яке iмiтуе вплив температурних полiв шляхом вве-дення джерела вологи, що змшюеться за експоненщальним законом
U = U0 e-кт, (4)
де: U0 - максимальна потужшсть джерела; к - постiйна, яка враховуе вщнос-ну швидкiсть змши питомо! потужностi джерела.
Моделювання процесу шляхом введення джерела вологи дае змогу ко-ригувати теоретичнi ^mi кiнетики сушiння. Причому потужнiсть джерела змшюеться залежно вiд режимних параметрiв, тобто при кожних нових параметрах сушильного агента гальмiвна дiя джерела вологи буде набувати ново! сили.
Таким чином, задача динамжи сушiння набувае такого вигляду:
dU , д 2U U0 e ~кт
-= a—- + —-; (5)
дт дх ср0
U (х,0) = U0 - const, (6)
dU (0,т)
за початкових
дх
= 0 (7)
i граничних умов -а'(Я т) + а\и р - и (Я, т)] = 0, (8)
де: а - коефщент вологопровщностц р0 - густина абсолютно сухого тша; с - питома теплоемнiсть тша.
Розв'язок задачi (5) в критерiальнiй формi наведений в [10], де показано, що для наближеного ршення достатньо використання першого члена швидкозбiжного ряду. Аналiтичне визначення поточно! вологост за цим рiв-нянням вимагае достатньо складних експериментiв для визначення термоди-намiчних коефiцiентiв деревини. Цього позбавлений метод узагальнення ек-спериментальних даних, який заснований на використанш загального рiвнян-ня масопередачь Такий пiдхiд, запропонований в роботах [11, 12], використо-вуеться в легкш та хiмiчнiй промисловостях при сушшт вiдповiдних матерiалiв.
Отже, поточне значення вологовмюту пиломатерiалiв у наближеному виглядi таке:
и(т) = (и - ис) [Де~Кт- Ае"Кт ] + ис. (9)
Видно, що рiвняння (9) мютить у спрощеному виглядi рiшення вщо-мого рiвняння вологопровщностг
и(т) = (и0 - ис)(Д - А)е-К1т + ис (10)
за Д - А = 1 та компонента, що описуе виникнення джерела вологи в сортимент^ який гальмуе процес видалення води.
Визначення поточних значень вологост за формулою (9) можливе за вiдомих значень К1, К2, П2 i а. Значення коефщеш!в вологопровiдностi дере-вини вшьхи а (вiдповiдно К1 = а / Я2), залежно вiд режимних параметрiв, описуеться рiвняннями (2), (3). Значення П2, К2, що характеризують, вщпо-вiдно, потужшсть джерела вологи та швидкiсть и спадання, залежать вiд три-валост встановлених при змiнi режиму сушшня температурних полiв за тов-щиною пиломатерiалу та спiввiдношення потужностi джерел, як вщповща-ють змiнi вологост в матерiалi пiд дiею перепадiв вологiсного та температурного полiв.
Попереднi дослiдження [13, 14] показують, що встановлення температурних полiв по перетину матерiалу здiйснюеться приблизно утричi швидше за встановлення волопсних полiв, тому К2 становить приблизно (2...4)К1.
Сшввщношення мiж рушiйними силами перепадiв температури та вологост на перемiщення вологост по матерiалу становить приблизно 0,2...0,4. Отже, змiну вологовмiсту деревини протягом часу може бути подано формулою
и(т) = (и0 -ир)[ДеК - (0,2...0,4)Де-(2-4)К1т] + ир. (11)
Величини Ц, П2 та К2 визначаються за експериментальними криви-ми кiнетики сушшня.
На приладi побудови теоретичних кривих сушшня пиломатерiалiв з вiльхи товщиною 50 мм показано порядок розрахунку поточно! вологост за рiвнянням. Для порiвняння розрахункових та експериментальних даних були використаш результати дослiдження процесу сушшня цього ж матерiалу у виробничих умовах в гталшських камерах фiрм Termolegno, Сорса1, Каг&, що встановлет на ки!вському пiдприемствi ВАТ "Видубичи". Параметри режиму - температура ? та рiвноважна волопсть Жр, у згаданих камерах змшюють-ся поетапно, залежно вiд поточно! вологост деревини. Вiдповiдним чином бу-ло виконано розрахунок теоретично! криво! сушшня для фактичних ? та Жр.
Для кожного етапу розрахунку визначали коефiцiенти К2 та К1, а та-кож !х сшввщношення, яке в середньому становить К2 / К1 = 1,45. Такi розра-хунки були проведенi для п'яти сушарок. Визначенi середнi значення сшввщ-ношення коефiцiентiв для всiх експериментальних кривих кшетики сушiння пиломатерiалiв з вшьхи товщиною 50 мм, з врахуванням яких отримано роз-рахункове рiвняння для визначення поточно! вологостг
Ж(т) = (Щ) - Жр)[1,6е"Кт - 0,6е~1'45К1т ] + Жр . (12)
Адекватшсть запропонованого методу розрахунку кшетики сушшня шдтверджена перевiркою однорiдностi середнiх значень та дисперси поточно! вологост^ що отриманi розрахунковим та експериментальним шляхом [15]. Пiдставу для використання таких статистичних процедур дали рашше проведет дослщження [16], якi довели, що розподшення кiнцево! вологостi пиломатерiалiв пiдпорядковуеться нормальному закону.
Вiдповiдно до описано! методики, загалом було проаналiзовано 17 дослiдних сушiнь та отримаш розрахунковi рiвняння поточно! вологостi пи-
ломатерiалiв з вiльхи товщиною 30 та 40 мм. Результати розрахунюв з визна-ченням розкиду поточно! вологост в межах ±2ам,, де - середне квадра-тичне вдаилення, показанi на рис. 3-5. Як видно, для бшьшосп сушарок спостер^аеться досить хороша вiдповiднiсть мiж експериментальними i роз-
рахунковими даними.
Й0
50
40
30
20 10
о
О 5 10 15 20
Тривал[стъ сушшня, л(б
Рис. 3. Порiвняння розрахунковоХ Цгрозр та експериментально'Х Wексn кривих сушшня втьхових nиломатерiалiв товщиною 30мм
60
50
40
30 20
10
0
0 5 10 15 20 25 30
Трившисть сушшня, фб
Рис. 4. Порiвняння розрахунковоХ Црозр та експериментальноХ Цексп кривих сушшня втьхових nиломатерiалiв товщиною 40 мм
Висновки
1. Проведет експериментальт дослщження коефщ1ента вологопровщност та вологост меж1 пгроскотчност вшьхи дали змогу отримати залежнос-т цих величин вщ температури оброблюваного середовища.
2. Визначено, що крив1 сушшня вшьхових пиломатер1ал1в у камерах з водя-ним теплопостачанням вщр1зняються вщ традицшних експонентальних { використання р1вняння вологопровщносп для опису кшетики сушшня
в таких камерах дае значну похибку Ат = 0,4 - 0,6т, що пов'язано з ваго-
мим впливом термовологопровщносп.
Й0
50
40
30
20
!0
0
0 5 10 15 20 25
Трнвалкяъ сушшня, д|б
Рис. 5. Порiвняння розрахунковоХ Wpo3p та експериментальноХ WeKcn кривих сушшня втьхових nunoMamepimie товщиною 50 мм
3. Для врахування температурной складово! на процес перерозподiлу вологи в необмеженш пластинi запропоновано моделювати вплив темпера-турних полiв шляхом введення джерела вологи, що змiнюеться за експо-ненцiальним законом. Сформовано задачу динамши сушiння в камерах з водяним теплопостачанням, яка описуе комплексну дто явища волого-провiдностi та термовологопровiдностi, що iмiтуеться шляхом введення внутрiшнього джерела вологи.
4. Отримат рiвняння розрахунку кривих кшетики сушiння пиломатерiалiв з вшьхи, що перевiренi на адекватнiсть за однорщтстю середнiх значень поточно! вологост за критерiем Стьюдента та дисперсш розкиду поточно! вологост за критерiем Фiшера, можуть бути використат для для прогнозування якостi сушшня !х в камерах рiзних конструкцш.
Л1тература
1. Серговский П.С. Влагопроводность древесины// Деревообраб. пром-сть. - 1955, № 2.
- С. 3 -8.
2. Алпаткина Р.П. Исследование влагопроводности древесины главнейших отечественный: пород: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М.,1971. - 28 с.
3. Шубин Г.С. Некоторые результаты исследований влагопроводности древесины1// Науч. тр. - М.: МЛТИ. - 1973, вып. 56. - С. 108-112.
4. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. Трете перераб. и доп. изд.: Учебн. для лесотехн. вузов. - М.: МГУЛ, 2001. - 340 с.
5. Руководство по эксплуатации сушильной установки фирмы Baschild// Treviolo (BG).
- Baschild s.r.l, 2000. - 55 с.
6. Селюгин Н.С. Сушка древесины. - Л.: Гослестехиздат, 1936. - 531 с.
7. Rodolfo Cividini. Conventional kiln-drying of lumber. - Milan: Nardi S.P.A., 2001. - 64 S.
8. Руководство по эксплуатации сушильной установки фирмы Copcal Мод.4001PGR// 1995. - 16 с.
9. Сажин Б.С., Гудим Л.И., Реутский В.А. Гидромеханические и диффузионные процессы. - М.: Легпромбытиздат, 1968. - 200 с.
10. Лыков А.В. Теория теплопроводнсти. - М.: Гостехиздат, 1952. - 392 с.
11. Сажин Б.С., Реутский В.А. Сушка и промывка текстильных материалов: теория, расчет процессов. - М.: Легпромбытиздат, 1990. - 224 с.
12. Сажин Б.С. Основы техники сушки. - М.: Химия, 1984. - 320 с.
13. Пинчевская Е.А. Усадка древесины лиственных пород: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М.,1988. - 18 с.
14. Тепнадзе М.У. Режимы и технология сушки пиломатериалов в гелиосушилках: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - Иркутск, 1986. - 20 с.
15. Пижурин А.А. Современные методы исследований технологических процессов в деревообработке. - М.: Лесн. пром-сть, 1972. - 248 с.
16. Шнчевська О.О. Нормал1защя ощнки якост сушшня// Наук. вюник НАУ. - К.: НАУУ. - 2006, № 103. - С. 346-352._
УДК 669.15 Доц. О.В. БЫоус, канд. техн. наук -Львiвський ДАУ
АПРОБАЦ1Я РОЗРОБЛЕНОГО ЗНОСОСТ1ЙКОГО ПОКРИТТЯ НАНЕСЕНОГО НА Р1ЗАЛЬНИЙ 1НСТРУМЕНТ В УМОВАХ
ВИРОБНИЦТВА
Застосування сучасних технологш для змщнення дереворiзального шструменту та nepeBipKa його в умовах роботи меблевого виробництва (при точшш шжок столiв та стшьщв) на ВАТ Меблевий комбiнат "Стрий" Львiвськоï областi.
Assoc. prof. O.V. Bilous -L'vivstate agrarian university Wear resistance of tool steel with vacuum ion-plasma coatings
Application of modern technologies for strengthening of woodcutting instrument that verification him in the conditions of work of furniture production (at sharpening of legs of tables and chairs) on VAT Furniture combine "Striy" of the Lvov area.
Постановка проблеми. На сьогодш у св^овш промисловост просте-жуеться тенденщя до зростання швидкостей р1зання, шдвищення вартост шструменту, що призводить до збшьшення витрачання кошт1в на одиницю випущеноï продукцiï. Тому особливоï нагальност набуло питання розроблен-ня нових iнструментальних матерiалiв i нових зносостiйких покрить для шдвищення фiзико-механiчних властивостей iнструменту, а саме шдвищення твердост^ мiцностi, теплостшкосл i зносостiйкостi.
Постановка завдання. З метою перевiрки отриманих результатiв ла-бораторних [1-4] дослiджень зносостiйкостi шструментальних сталей здш-снено промисловi випробування зносостшкост рiзального iнструменту (про-хщних i фасонних рiзцiв) в умовах роботи меблевого виробництва (при точшш шжок стоив i стшьщв) на ВАТ Меблевий комбшат "Стрий" Львiвськоï область При цьому проводили порiвняльнi дослщження зносостiйкостi про-хщних i фасонних рiзцiв серiйного виготовлення iз сталi У8 пiсля гартування, що використовуються на комбiнатi, i такого ж шструменту iз сталi У8, рiзальнi кромки якого змщнювались комплексною (Е1Л+ОКГ) поверхневою обробкою.
Виклад основного матерiалу. Принагiдно зазначимо, що внаслщок обробки згаданого iнструменту Е1Л+ОКГ iстотно полiпшено фiзико-механiч-нi властивос^ поверхневого шару рiзальних кромок рiзцiв (пiдвищилась мiк-ротвердiсть, полiпшився фазовий стан, вщбувся рiвномiрний розподiл хiмiч-
