CC BY
40
РАСЧЕТ ДИНАМИКИ НАБОРА ПРОЧНОСТИ ДСтП В ПРОЦЕССЕ ПРЕССОВАНИЯ
Ю.Г. ЛАПШИН, профессор, зав. кафедрой сопротивления материалов,
Д.В. ТУЛУЗАКОВ, доцент
Динамика напряженного состояния ДСтП в процессе прессования анализировалась на основе разработанной ранее физико-математической модели переноса тепла и влаги (протекающих в ДСтП при различных способах и режимах прессования) [1], структурных и механических характеристик древесных частиц [2], а также экспериментальных исследований прочности древесностружечной плиты в процессе прессования [3].
При разработке расчетной схемы предполагалось, что частицы древесины имеют форму параллелепипедов, размеры частиц в одном слое одинаковы (средние размеры частиц). Все слои параллельны пласти плиты, равноценны по схеме укладки частиц, но могут быть различными по параметрам частиц. Свойства материала слоя во всех направлениях в плоскости плиты одинаковы. Парогазовая смесь сосредоточена в порах капиллярнопористого тела, а механические напряжения действуют в его скелете. Напряжения сжатия в скелете действуют по всей площади сечения скелета (за исключением площади сечения пор), а напряжения растяжения - по осмоленной площади скелета.
На рис. 1, а представлена расчетная схема, соответствующая такому состоянию равновесия, когда давление на ДСтП со стороны плит пресса велико, а величина парогазового давления мала, поэтому стружки испытывают напряжения сжатия.
Уравнение равновесия при этом записывается следующим образом:
о, Р(х)П(х) - Ссж (дОО -П(х)) = 0,(1) где ат - давление на древесностружечный
брикет со стороны плит пресса, Па; Р -давление парогазовой смеси, Па; П -пористость брикета, 1; - напряжения
сжатия в скелете древесностружечного брикета, Па.
/ / / ^1717ИЛ
а
> /. ТТХТТТГГТЛТТ,.
—'—*— » {—*—1—
пщ
т
и
х
\pQgj-]----1
£
[Р(х) \С$кл(йё)
Рис. 1. Расчетные схемы напряженного состояния древесностружечной плиты в процессе склеивания: а - при напряжениях сжатия в скелете материала; б - при напряжениях растяжения в клеевых прослойках материала; 1 - плита пресса; 2 - древесностружечная плита; 3 - пора
В процессе прессования давление со стороны плит пресса снижается, а парогазовое давление растет, становятся
равными нулю, и далее в сечении скелета возникают и растут напряжения растяжения по осмоленной площади (расчетная схема представлена на рис. 1, б). Уравнение равновесия в этом случае имеет вид
ст - Р{х)П(х) + скл (х)Гт (х) = 0, (2)
где - напряжения растяжения в клеевых прослойках, Па; Рт - отношение
площади осмоленной поверхности ко всей площади сечения, 1.
Условие на границе сжатой и растянутой зон
о„(д:) = 0. (3)
Условие прочности плиты при растяжении от избыточной величины давления парогазовой смеси можно записать следующим образом:
Р(х)П(х) - ат < аИ1_ (х)Ркя (х) = сРвр (х), (4)
где О - предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты в процессе прессования, Па.
Расчеты параметров процесса прессования и прочностных характеристик древесностружечных плит были произведены при помощи ЭВМ. Это позволило провести численные эксперименты для определения влияния различных факторов на динамику прочностных характеристик и механических напряжений в ДСтП в процессе прессования.
На рис. 2 представлены результаты расчетов для трехслойной древесностружечной плиты плотностью 700 кг/куб. м. Как видно из рисунка, на ранней стадии прессования все слои материала испытывают напряжения сжатия. Далее по мере роста давления парогазовой смеси и снижения давления на ДСтП со стороны плит пресса имеют место напряжения растяжения в центральных слоях плиты. Превышение произведения Р(х)П(х) над суммой стт +аРвр(х) приводит к разрушению материала.
Центральный слой древесностружечной плиты отверждается в последнюю очередь, в центре плиты происходит конденсация влаги, как ускоряющий прогрев центрального сечения материала, так и
резко снижающей прочностные характеристики ДСтП в этом сечении. Расчеты показывают, что, хотя температура середины плиты ниже температуры остальных сечений, наличие повышенного, по сравнению со слоями, расположенными ближе к поверхности, влагосодержания определяет минимальное значение предела прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты в ее центральном слое.
Рис. 2. Эпюры по толщине древесностружечной плиты: а - при т = 240 с; б - при х = 360 с; 1 - напряжений от действий давления на ДСтП со стороны плит пресса; 2 - напряжений от действий давления парогазовой смеси; 3 - суммарная эгаора механических напряжений; 4 -предела прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты
Парогазовая смесь сосредоточена в порах древесностружечной плиты, поэтому воздействие давления парогазовой смеси в слое ДСтП зависит от значения пористости в этом слое. Наибольшая по-
ристость в трехслойных ДСтП имеет место в центре плиты. Поэтому разрушение материала от действия давления парогазовой смеси и может произойти по наименее прочной и наиболее пористой срединной плоскости ДСтП.
Повышение плотности плиты приводит, с одной стороны, к снижению пористости в центральном слое, а с другой стороны, к значительному увеличению давления парогазовой смеси. Необходимо отметить, что крупные частицы, находящиеся в середине плиты, менее подвержены упрессовке, чем более мелкие частицы, поэтому плотность ДСтП в центре увеличивается в меньшей степени при росте плотности плиты в целом, чем плотность поверхностных слоев. В связи с этим абсолютное значение произведения Р(х)П(х) в центральном сечении повышается.
Увеличение плотности ДСтП также приводит к росту предела прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты ср (х) и повышенным значениям упругого сопротивления ах, но, как показывают расчеты, риск расслоения материала увеличивается.
Повышение температуры плит пресса приводит к росту максимального значения давления пара и газа. При этом происходит ускоренный прогрев ДСтП, быстрее релаксируют напряжения в брикете и, следовательно, раньше начинает снижаться парогазовое давление. Ускоренная релаксация напряжений в брикете увеличивает неравномерность послойной плотности ДСтП, снижая плотность центрального слоя и увеличивая в нем пористость. В целом риск расслоения плиты растет, и расчеты по ряду вариантов (при повышенной до 200 °С температуре плит пресса и увеличенной влажностью центрального слоя) фиксируют разрушение материала в середине 6-й минуты прессования по центральному сечению ДСтП.
Следует отметить, что приведенные выше результаты расчетов получены при постоянной средней плотности по пласти плиты. Известно, что на существующих конвейерах из-за неравномерности отсып-
ки имеет место большой разброс плотности по формату ДСтП, достигающий в отдельных случаях (при средней плотности 700 кг/куб. м) пределов от 550 кг/куб. м до 850 кг/куб. м. Снижение плотности отдельных участков материала резко снижает его прочность, увеличивает пористость центральных слоев, а поскольку значение давления парогазовой смеси остается прежним, то, естественно, разрушение плиты и происходит по зонам с пониженной плотностью.
Расчеты показывают, что для варианта с исходной средней плотностью 700 кг/куб. м при введении в исходные данные средней плотности 550 кг/куб. м предел прочности при растяжении в центральном слое снижается до значения 0,0705 МПа и для разрушения плиты достаточно наличия избыточного давления парогазовой смеси в центре плиты, равного 0,154 МПа.
К мерам, снижающим вероятность расслоений в ДСтП при применении интенсифицированных режимов прессования следует отнести:
1. Применение проницаемых прокладок, снижающих в 2-3 раза абсолютное значение парогазового давления и устройств, позволяющих производить удаление воздуха из находящихся в прессе древесностружечных плит.
2. Выбор диаграммы прессования, обеспечивающий такую кривую релаксации напряжений в брикете, которая позволит удалять смесь пара и газа не только через торцевые поверхности, но и в контактном слое между плитой пресса и древесностружечным брикетом для уменьшения давления парогазовой смеси до безопасной величины.
3. Проведение мероприятий по снижению разноплотности древесностружечного брикета и увеличению равномерности осмоления древесных частиц.
4. Добавление частиц мелких фракций в центральный слой для снижения пористости зоны возможного расслоения ДСтП.
5. Увеличение расхода связующего в опасном сечении ДСтП. Расчеты позволяют оценить, на какую величину
необходимо увеличить расход смолы на крупные частицы, чтобы обеспечить целостность материала при выбранном интенсифицированном режиме прессования древесностружечных плит.
Литература
1. Обливин А.Н., Воскресенский А.К., Семенов Ю.П. Тепло- и массоперенос в
производстве древесностружечных плит. - М.: Лесн. пром-ть, 1978. - 192 с.
2. Поташев О.Е., Лапшин Ю.Г. Механика древесных плит. - М.: Лесн. пром-ть, 1982.- 112 с.
3. Воскресенский А.К., Тулузаков Д.В. Изменение прочности древесностружечной плиты в процессе прессования // Науч. тр. / МЛТИ. - 1990. - Вып. 230. -С. 34-43.
ВАКУУМНЫЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ СУШИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС
ВВСК1
Комплекс разработан НИЦ «Сггецсистемы+» при участии МГУЛа,
Комплекс обеспечивает:
* высокое качество сушки (по I и П категориям) при сохранении естествен» наго цвета древесины;
♦ многократное (до 10 раз) сокращение времени сушки по сравнению с конвективными сушильными камерами;
• простоту управления.
Техническая характеристика комплекса
1. Габаритные размеры установки, длина х диаметр, м
2. Производительность камеры в год, м3 уел, материала
3. Габаритные размеры штабеля, длина х ширина х высота* м
4. Вместимость камеры* м*усл. материала, шах
5. Продолжительность сушки, ч:
мягких пород твердых пород
6. Удельный расход электроэнергии, кВтч/м3:
мягких пород твердых пород
Срок изготовления комплекса - до 4 месяцев.
Монтажные и пусконаладочные работы ~ 12 рабочих дней.
Руководители разработки: С.О, Сташевский, В,Н. Безгрешное «Спецсистемы+»1 А.И. Расев МГУЛ.
Адрес: Россия, Москва, Ленинградский проспект, 80, тел, (095) 158-99-20, 158-75-96; 141005. Моск. обл., г. Мытищи, ул. 1-я Институтская, 1, МГУЛ, кафедра защиты древесины и древесиноведения, тел. (095) 588-51-28, 588-55-37, факс (096) 532-17-03.
7990 х 3000 3000 6,5 х 1.2 * 1.35 10
20-60
70-170
до 300 до 500
