CC BY
17
УДК 674.815-41
ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРИОДА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ НАПРАВЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ОРИЕНТИРОВАНИИ ДРЕВЕСНЫХ ЧАСТИЦ
OPTIMIZATION OF THE MOVEMENTSTIME OF THE GUIDE ELEMENT IN THE ORIENTATION OF WOOD PARTICLES
Плотников С.М., Колмаков О.В., Руденко Б.Д.
(Красноярский институт железнодорожного транспорта, г. Красноярск, РФ) Plotnikow S.M., Kolmakov O.W., Rudenko B.D.
(Krasnoyarsk Institute of Railway Transport)
В зависимости от параметров ориентирующего устройства установлено время перемещения направляющих элементов, необходимое для минимизации угла разброса древесных частиц.
Depending on parameters of orienting device is set displacements period of guide elements for minimizing scatter angle of wood particles.
Ключевые слова: ориентирующее устройство, OSB, стружечный ковер Keywords: orienting device, OSB, particle mat
За последние 5 лет объем производства плит из ориентированной крупноразмерной стружки (oriented strand board - OSB) возрастает в среднем на 16% в год. OSB это многослойный композит из древесинных частиц заданной формы (как правило, длиной 75 - 150 мм, шириной 15 - 25 мм, и толщиной 0,3 - 0,7 мм) [1], соединенных вместе водостойким связующим под давлением и при высокой температуре. Плоские частицы в наружных слоях расположены вдоль направления изготовления, в центральном (внутреннем) слое - поперек или ориентированы случайным образом. В подавляющем большинстве случаев ориентирование осуществляют механическими устройствами.
Несмотря на постоянное улучшение процессов производства древесных плит, на сегодняшний день реальные прочностные свойства OSB далеки расчетных теоретических показателей из-за несовершенства технологии, в частности, процесса ориентирования древесных частиц. Этот процесс в большой степени определяет макроструктурное строение плиты, и его совершенствование является важным и актуальным вопросом. Одна из задач заключается в определении оптимального значения времени перемещения направляющих элементов, за которое происходит наиболее полное ориентирование частиц.
Процесс механического ориентирования частиц включает их подачу на направляющие элементы, и перемещение смежных элементов в противоположных направлениях вдоль направления ориентирования [2, 3, 4, 5, 6]. При этом угол укладки частиц в стружечный ковер зависит от их длины, которая в одном потоке частиц может различаться в несколько раз. Если длинная частица не успевает развернуться направляющими элементами в период их перемещения в одном направлении, то при перемещении элементов в обратном направлении частица разворачивается в обратную сторону, оказываясь в исходном положении, что ведет к засорению ориентирующего устройства.
В более современном механизме [7, 8] направляющие элементы перемещают в прямом направлении в течение времени t1 в 3-10 раз медленнее, чем в
обратном направлении в течение времени ¿2. Если время определяется условием проскальзывания древесной частицы, то время t1 определяет угол разброса частиц в стружечном ковре. Данный угол зависит от высоты падения частицы и отношения расстояния между смежными направляющими элементами и длиной древесной частицы. Кроме того, за время падения частица может разворачиваться за несколько циклов «разворота-проскальзывания» п. При этом время t1 не определено, следовательно его невозможно оптимизировать по критерию минимального угла разброса частиц в ковре.
Расстояние между смежными направляющими элементами (шаг ориентирования) составляет кн. Отношение этого расстояния к средней длине час-
1 _ /н
тицы А --— или Ин = Х- /ср .
1ср
На рисунке 1 представлены зависимости времени t1 перемещения направляющих элементов в прямом направлении от отношения Х для высоты падения частиц Н = 0,2 м.
и, с
10
з1 ^ 2
Х
0,1
02
0,3
0,4
0,5
0,6
Рисунок 1 - Зависимости времени перемещения направляющих элементов t1 от отношения Х и числа циклов перемещения:
1 - п =1; 2 - п = 2; 3 - п =3.
8
6
4
2
0
Расстояние Ь, на которое должны переместиться смежные направляющие элементы для того, чтобы частица средней длины /ср могла пройти между ними, определяем по выражению
1 - д/ 1ср - /?н - а/ 11р - А • 11р - /сра/ГА2 . (1)
Для обеспечения минимального угла разброса частиц в стружечном ковре перемещение смежных направляющих элементов в противоположных направлениях должно осуществляться со скоростью V (м/с) [9]
V - 0,0193 агс8т А (2)
лГи ' ( )
где H - высота падения древесных частиц после схода их с направляющих элементов и укладки в стружечный ковер, м.
При данной скорости в момент схода с направляющих элементов частица получает вращающий импульс, разворачивающий ее за время падения на минимальный угол относительно направления ориентирования.
Суммарный разворот частицы может быть осуществлен за п циклов «разворота-проскальзывания». Т.к. один из направляющих элементов перемещается относительно другого с двойной скоростью, то время перемещения направляющих элементов в прямом направлении
Ь
= • <3)
После подстановки (1) и (2) в (3) получим
, ¿срл/^ 91 4И д/Г^А2 ^ =-1-= 25,91---1-"Т . (4)
о плто -л П А • аГС81П А 4 '
2 • п • 0,0193 • —^ • атс8т А
4и
Здесь коэффициент 25,91 имеет размерность с Нм .
Таким образом, формула (4), связывает период прямого перемещения направляющих элементов с высотой падения частиц, их длиной, расстоянием между смежными направляющими элементами и числом циклов «разворота-проскальзывания» .
Период подачи прямого хода направляющих элементов t\ настраивают согласно выражению (4), а период обратного хода t2 равен времени разжатия пружин, связанных с направляющими элементами (^ = 0,1...0,3 с). Направляющие элементы перемещают в прямом направлении со скоростью V, величину которой задают согласно выражению (2), а скорость в обратном направлении определяют временем разжатия пружин.
Часть частиц, падающих преимущественно вдоль направления ориентирования, проваливаются между направляющими элементами. Оставшиеся частицы, упавшие поперек или диагонально направляющим элементам, в период t\ разворачиваются смежными элементами. При этом более короткие частицы проваливаются и укладываются в стружечный ковер, а длинные частицы остаются «полуразвернутыми» на направляющих элементах. В период Ь направляющие элементы движутся в обратном направлении с высокой скоростью, находящиеся на них частицы проскальзывают, сохраняя свое положение. В следующие периоды t\ недоразвернутым частицам придаются один или несколько дополнительных разворотов до их полного прохождения между элементами и укладки в стружечный ковер.
Стружечный ковер формировали из древесной стружки средней длиной 0,1 м. Расстояние между смежными направляющими элементами составляло 0,02 м. Отношение расстояния между смежными направляющими элементами и средней длиной древесных частиц X составляло, таким образом, 0,2. Скорость перемещения направляющих элементов рассчитывалась по формуле (2) и устанавливалась в пределах 0,1±0,012 м/с. Средняя высота между уровнем
схода частиц с направляющих элементов и поверхностью стружечного ковра Н составляла 0,2 м. Время t1 прямого хода направляющих элементов с учетом того, что частицы разворачиваются за n = 2 прохода, рассчитывалось по формуле (4):
,, = 25,91 .JE02- = 246 с 2 0,2 - arcsin 0,2 '
Результаты экспериментов показали, что при значении t1, близком к расчетному значению по формуле (4), средневзвешенный угол разброса частиц в стружечном ковре составлял 9,40 и являлся минимальным по сравнению с углами, полученными при иных значениях периода t1.
При этом повышается качество ориентирования древесных частиц и, как следствие этого, прочность плит из ориентированной стружки.
Список использованных источников
1. Wagenfür A., Scholz F. Taschenbuch der Holztechnik. 2 aktualisierte Auflage. -Fachbuchverlag Leipzig. - 2012. - 567 S.
2. Патент РФ № 2315689, МПК В 27 N3/14, Способ ориентации древесных частиц. -27.01.2008. Бюл. № 3.
3. Патент США № 4295557, B65G 47/34. Apparatus and method for aligning elondated lingo-cellulosic strands into parallelism. - 15.11.1977.
4. Патент США № 3478861, B27N 3/14. Orienting wood strands. - 18.11.1969.
5. Патент США № 4506778, B65G 47/24. Flake aligner including reciprocating baffles. -26.03.1985.
6. Патент США № 3478861, B27N 3/14. Orienting wood strands. - 18.11.1969.
7. Плотников, С.М. Совершенствование вибрационного ориентирования древесных частиц плит // С.М. Плотников, О.В. Колмаков, Б.Д. Руденко, М.А. Король // Актуальные проблемы лесного комплекса: сборник научных трудов. Выпуск 42. - Брянск: БГИТА, 2015. - С.51-54.
8. Патент РФ № 2534263, В 27 N3/14. Способ ориентирования древесных частиц и устройство для его осуществления. - 2014, Бюл. № 33.
9. Плотников, С.М. Ориентирование стружки в производстве древесных плит: монография / С.М. Плотников, В.Е. Цветков. - М.: ФГБОУ МГУЛ, 2014. - 148 с.
