CC BY
11
Довжина шлiфування до повного зносу цилiндрами першого агрегату Цп, пм
500000 400000 300000 200000 100000 0
184
245
Твердкть абразивних цилiндрiв Нц1, МПа
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Коефiцicнт зернистост абразивних цилiндрiв К21
Рис. 5. Залежшсть довжини калiбрування-шлiфування ДСП абразивними цилш-драми першого агрегату до повного зносу Ь1п вiд коеф^енту зернистостi абразивних цилiндрiв i Х твердостi Нщ: швидк1стъ р1зання V = 24 м/с; швидк1стъ подач1 Vs = 20,5 м/хв.; середня товщина плити тсля пресування Н = 17,1 мм; налагоджувальна товщина першого агрегату Нн1 = 16,45 мм; середне квадратичне в1дхилення товщини плити 8 (Н) = 0,3 мм.
У результат проведено! оптимiзаци знайдеш таю величини парамет-рiв процесу кашбрування ДСП, при яких довжина шшфування до повного спрацювання абразивних цилiндрiв е максимальною (Ь = 2009740 п.м):
• товщина деревостружкових плит тсля пресування 1 технолопчно! витримки Н = 16,7 мм;
• середне квадратичне вщхилення товщини плити 8(И) = 0,1 мм;
• налагоджувальна товщина кал1брування Н1 = 16,7 мм;
• твердшть абразивних цилщдр1в Нц1 = 240 МПа;
• коеф1щент зернистост1 абразивних цилщдр1в К21 = 0,5;
• швидшсть р1зання V = 18 м/с;
• швидшсть подач1 Vs = 13 м/хв.
УДК 674.047 Доц. 1.М. Озармв, канд. техн. наук,
доц. М.С. Кобринович, канд. ф1з.-мат. наук - УкрДЛТУ
ТЕРМОДИНАМ1ЧН1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЕРЕВИНИ
У ПРОЦЕС1 СУШ1ННЯ
Розкрито ф1зичну суть основних характеристик деревини (вологовмюту матерь алу, потенщалу масоперенесення, х1м1чного потенщалу), що ввдграють важливу роль в процесах нагр1вання 1 сушшня.
Doc. I.M. Ozarkiv, doc. M.S. Kobrynovich - USUFWT The thermodynamic of wood in drying process
The article deals with the physical essence of the main wood characteristics (hygroscope of material, transfer mass potential, chemical potential). Its are play an important part in the heating and drying processes
При розрахунку процешв на^вання i сушшня важливу роль вщгра-ють термодинамiчнi параметри, фiзичну суть яких слщ мати для встановлен-ня зв'язку i3 властивостями деревини.
Вщомо, що основними потенцiалами перенесення тепла (енерги) i маси (вологи) е вiдповiдно температура i хiмiчний потенцiал. Основною рушiйною термодинамiчною силою перенесення маси е добуток абсолютно! температури (Т) на градiент вiдношення хiмiчного потенцiалу (ц) до температури, тобто:
Враховуючи те, що хiмiчний потенщал в загальному випадку е фун-кщею температури, тиску i вологовмюту тiла, тобто ц=/(Т,р, и), то термоди-
намiчна сила ( V/и/Т) мютить в собi частку, яка також залежить вщ температури. 1накше кажучи, вплив градiента температури проявляе себе через обидвi сили, що для дослщження процесу сушення е недопустимим.
Основною рушшною силою масоперенесення в iзотермiчнiй, але од-норiднiй за складом, кашлярно-пористш системi е градiент хiмiчного потен-цiалу (7=^^^, тобто:
Дане сшввщношення, як видно, встановлюе зв'язок мiж вологовмiстом матерiалу и i потенцiалом масоперенесення (&=/), тобто з iзотермiчним хь мiчним потенцiалом.
Основою для визначення хiмiчного потенцiалу служать так рiвняння, як пов'язують мiж собою п'ять змiнних величин: температуру, ентротю, внутрiшню енергiю, тиск i приведений питомий об'ем, що визначають стан системи [1].
Слiд зазначити, що на вщмшу вiд вказаних вище величин, хiмiчний потенцiал вимiряти неможливо, його можна визначити тшьки за допомогою термодинамiчних потенцiалiв.
Шд хiмiчним потенцiалом розумiють прирiст внутршньо! енерги пев-ного компоненту системи при одночасному зростанш його на одиницю, коли об'ем, ентрошя i маса решти компонентiв системи залишаються постiйними (аналогiчно визначення поняття хiмiчного потенцiалу можна зробити на ос-новi рiвнянь ентропи, вшьно! енерги i т. п.).
Аналiз, проведений Л.М. Шктною [2, 3], показав, що в межах змши температур вщ 0 до 100 °С хiмiчний потенцiал для пгроскошчно! вологост визначаеться рiвнянням такого виду:
T '
(1)
(2)
ц = RTlnp.
(3)
Г.С. Шубш [4,5], використавши рiвняння 1.В. Кречетова [6], як вста-новлюють зв'язок мiж вiдносною вологiстю середовища (агента сушшня) р i рiвноважним вологовмютом деревини Up, отримав формули для визначення вщносно! вологостi повiтря: • коли р=0...0,50, то:
UP - 0,003б|13,9 -(0,01Т)2 |
Р =
0,0072
29,5 -(0, 01Г )2
коли р=0,50... 1,00, то:
р
1, 21
0, 512 | 21,7 -(0, 01Т)2 |
100U
(4)
(5)
p
Поставивши значення iз формул (4) i (5) в рiвняння (3), отримаемо вирази для визначення значень хiмiчного потенцiалу для двох областей змши р, тобто
цх = RTln
¡¡2 = RTln
ир - 0,0036 13,9 -(0,017 )2
0,0072 29,5 -(0,01Т )2 ]
1,21 -
0,512
21,7 -(0,01Т)2 ]
100U
р
(6) (7)
Таким чином, для перенесення вологи в област пгроскошчного стану деревини 11 хiмiчний потенщал вологи може бути виражений через вологов-мiст i температуру деревини, тобто ¡l=f (V, Т). В основу математичного опису закону перенесення тепла в деревиш, як вщомо [7], покладений закон Фур'е:
Ч
л^,
ёх
(8)
де Л - коефiцiент теплопровщност матерiалу.
Враховуючи, що Л = аре (а - коефщент температуропроводности р -густина тiла i с - його питома теплоемшсть), то можна записати:
Ж ЖН Ч = -аре— = -ар-,
ёх
(9)
де Н (Н=е-1) - ентальшя тша.
Аналопчно, рiвняння, що описуе перенесення маси в iзотермiчних умовах, буде мати вигляд:
, Ж0 , Ж0 ёи
Ч т Л0 у а т р0е 0 г а т р
(10)
7 ГН • У) КУ 1 ГП ' V 1 '
ОЦу (ЛЛ (ЛЛ
2
де: ч'т - густина потоку маси (вологи), що переноситься, кг/(м -с); Л0 - ко-ефiцiент вологопровiдностi, кг/(м-с-°В); а'т - коефiцiент потенцiалопровiд-ност (вологопровiдностi), м /с; р0 - густина об'екта сушiння в абсолютно сухому сташ, кг/м ; 0 - потенщал перенесення маси (аналог температури), °В; С'0 - ютинна iзотермiчна вологоемшсть, кг вологи/(кг сух. м.-°В).
В загальному випадку:
С'в =
и 1в
(11)
/г
1з рiвняння (11) виходить, що iстинна питома iзотермiчна воло-гоемшсть визначае кiлькiсть вологи, яку поглинае 1 кг сухого матерiалу при збiльшеннi його потенщалу на одиницю при сталiй температурь
Хоча рiвняння (9) i (10) показують, що вологовмiст и е аналогом на температури, а бшьшою мiрою ентальпи тiла. Аналогом температури е по-тенцiал перенесення маси (води) [7].
Як вщомо [1,8], розрiзняють середню i локальну (iстинну) воло-гоемнiсть (масоемнiсть). Середня питома масоемшсть характеризуе змiну во-логовмiсту /ивiдповiдно до змши масоперенесення /0 на одиницю вимiрю-вання цього потенцiалу, тобто:
гЛиЛ (йиЛ кг вологи (12)
С'
^ и
Лв
Уг
йв
уг кг _
сух.речовини* В
У зв'язку з тим, що залежно вiд умов контакту об'екта сушiння з нав-колишшм середовищем (агентом сушiння) масоемнiсть може бути iзотермiч-ною, iзохорно-iзотермiчною i т.п., а також, що для деревини залежшсть 0=/ (и)@ е нелшшною, то величина С'т буде змшюватись одночасно зi змiною во-лого вмiсту тiла. У зв'язку з чим й вводиться параметр ютинно! питомо! iзо-термiчноl масоемност С'т.
1стинна (локальна) питома iзотермiчна вологоемнiсть визначаеться графiчним диференцiонуванням кривих вигляду и=/ (0). Але враховуючи те, що на сьогоднi поки що в техтчнш спецiальнiй лiтературi iз сушiння вщсут-ня шкала перенесення вологи, тобто не встановлена залежшсть и=/ (0), то визначення С'0 е неможливим.
В межах пгроскотчного волого вмюту можна записати:
'ди^
С'
дв
(13)
/г
тобто С'ц може бути знайдена шляхом графiчного диференщонування залеж-ностi ир=/ (ц) [4,5]. Г.С. Шубiн [4,5] на основi рiвнянь рiвноважноl вологос-тi 1.В. Кречетова [6] iз рiвнянь (4) i (5) отримав вирази для визначення СЦ, тобто:
• коли ^=0.. .0,50, то:
С',
гдил
V д, УГ
иР - 0,0036
13,9 -(0,01Г )
КГ
коли ^=0,50... 1,00, то:
С' и^
м КТ
23би
Р
_ 21,7 - (0,01Г )2 _
(14)
(15)
Аналiз формул (14) i (15) показуе, що iстинна iзотермiчна воло-гоемнiсть дуже мало залежить вiд температури (вплив температури буде про-являтися при вщносно великих значеннях вологовмiсту ир). Таким чином, ос-новний вплив на С' мае ир.
Термоградiентний коефiцiент 8 г , як термодинамiчний параметр,
представляе собою вщношення перепаду вологовмiсту /и до перепаду температури /г в стащонарному станi за вiдсутностi вологоперенесення, тобто:
ГЛиЛ (диЛ . (16)
8
ЛГ
дг
Уи
Коефiцiент 8 г показуе, який перепад вологовмюту (вологостi) ство-рюеться в деревинi при перепадi температур в 1 °С.
Використавши питому iзотермiчну вологоемнiсть, величину термогра-дiентного коефiцiента можна представити рiвнянням:
ди
8 =
дг Уи
(17)
де
ди
- температурний коефщент хiмiчного перенесення вологи (маси).
V дг Уи
Таким чином, графiчним диференцiюванням залежност ,=/ (и, Г) можна отримати значення термоградiентного коефiцiента. Такi теоретичш розрахунки були зробленi Г.С. Шубшим на основi рiвнянь 1.В. Кречетова, в результат чого була побудована дiаграма 8==/ (г, Ж).
Слiд вiдзначити, що в област вологостану деревини, коли 11 вологов-мiст вищий за вологовмiст пгроскошчност (и>иг.г), то хiмiчний потенцiал е величиною постшною; в цьому випадку тиск водяно! пари над мешском мак-рокапiляра (г^>105 см) не залежить вщ його радiусу (йр=0). В цiй областi хь мiчний потенцiал не може бути потенщалом перенесення вологи 0 для будь-якого вологовмiсту матерiалу (об'екта сушшня). Але для того, щоб скориста-тися наведеними вище нами формулами, необхщно мати експериментальну шкалу потенщалу вологоперенесення 0. Слiд наголосити, що на вщмшу вiд експериментально! термодинамжи, де потенцiал перенесення тепла (температура) вимiрюеться безпосередньо, то в процес сушiння вологих матерiалiв безпосередньо вимiрюеться вологовмiст (вологiсть) матерiалу. У зв'язку з чим потрiбно прийняти постулат, який лопчно випливае iз зробленого нами вище термодинамiчного аналiзу: два вологих тiла, що знаходяться у волопс-нiй рiвновазi з тре^м вологим тiлом, перебувають також у волопснш рiвно-вазi й одне з одним. Це означае, що умова взаемно! волопсно! рiвноваги по-лягае саме в рiвностi деяко! однозначно! функцi! стану вологи в цих тшах. Тому такою функщею може бути тiльки потенщал масоперенесення 0.
1з визначення потенщалу масоперенесення (вологоперенесення) випливае, що як вимiрник потенщалу вологоперенесення можна вибрати вологе тшо. Крiм того, юнуе також свобода й у виборi числових значень 0, тобто його цифрово! шкали. Тодi вимiряний таким чином потенцiал волого перене-
сення буде експериментальним потенцiалом i на вщмшу вiд теоретичного ос-таннш визначаеться тiльки за допомогою термодинамiчних функцiй.
Потенцiал вологоперенесення можна вимiряти шляхом визначення рiвноважноl вологостi певного матерiалу. Проте, щоб виключити вплив виду матерiалу на результати дослщження, самi вимiрювання потрiбно порiвнюва-ти з еталоном (на сьогоднi в бшьшосп випадкiв за еталон приймають фiльтрувальний папiр, за допомогою якого зручно вимiряти величину 0 будь-якого вологого тша), з яким вологий матерiал знаходиться в станi тер-модинамiчноl рiвноваги. Необхiдною умовою термодинамiчноl рiвноваги е не тiльки постшшсть температур, але й постiйнiсть вщносно! вологостi нав-колишнього середовища. Слщ вiдзначити, що фiльтрувальний папiр (целюло-за) мае велику гiгроскопiчнiсть, добре намокае i мае всi основш форми i види зв'язку вологи з матерiалами [2, 3].
Потенщал вологоперенесення 0 вимiрюють в умовних масообмшних градусах (°В). Очевидно, що абсолютно сухому фшьтрувальному паперовi вщповщае 0 °В, а максимально пгроскошчнш вологостi при еталоннiй темпе-ратурi 20 °С-100 °В. Таким чином, один масообмшний градус (1 °В) вщповь дае 1/100 максимально пгроскошчного вмiсту, тобто:
(С 'те 2т = 0,010иг. (18)
1накше кажучи, вологовмюту еталону иг вiдповiдае потенщал в 100 °В масообмiнних градуЫв.
Потенцiал вологоперенесення визначають за вологовмютом еталону ие, для якого питому вологоемшсть С'т, е приймають за величину постшну i рiвну 0,010иг, тобто:
0 и
/ ТТ \
(С т,е 2т иГ
и
•100. (19)
/т V г Jт
Наприклад, для фiльтрувального паперу (при ? = 25 °С) иг=0,277 кг/кг. Нехай в результат дослiджень було встановлено, що вологовмют фшьтру-вального паперу становить ие=0,50 кг/кг. Тод^ згiдно з рiвнянням (19) отри-маемо, що:
0 = 100 = 180 °в .
0,277
Якщо дослiдне тiло в процес експерименту набуло певного вологов-мюту, наприклад иг=0,30 кг/кг, то цьому вологовмюту також вiдповiдатиме потенцiал перенесення вологи (маси) в 0=180 °С.
Таким чином, потенщал вологоперенесення, як ушверсальний фiзич-ний параметр вологих тш, мае велике теоретичне i практичне значення для подальшого розвитку теори термомасоперенесення. Адже вологопотенцiал е аналогом температури ^ якщо температура е потенщалом перенесення тепла, то вологопотенщал - потенцiалом масоперенесення.
Лiтература
1. Исаев С.И. Курс химической термодинамики. - М.: Машиностроение, 1975. - 265 с.
2. Никитина А.М. Таблицы равновесного идеального влагосодержания и энергии связи влачи с материалами. - Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 176 с.
3. Никитина А.М. Термодинамические параметры и коэффициенты массопереноса во влажных материалах. - М.: Энергия, 1968. - 560 с.
4. Шубин Г.С. Физические основы и расчет процессов сушки древесины. - М.: Лесная промышленность. 1973. - 248 с.
5. Шубин Г.С. Сушка и тепловая обработка древесины. - М.: Лесная промышленность. 1990. - 336 с.
6. Кречетов И.В. Сушка древесины. - М.: Лесная промышленность. 1972. - 440 с.
7. Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Госэнергоиздат, 1950. - 461 с.
УДК 674.053:621.935.002.54 Ст. викл. 1.Т. Ребезнюк, канд. техн. наук -
УкрДЛТУ
ДОСЛ1ДЖЕННЯ КУТОВИХ ПАРАМЕТР1В ЗУБ1В ПИЛОК ПРИ ПИЛЯНН1 НА ГОРИЗОНТАЛЬНИХ СТР1ЧКОПИЛКОВИХ ВЕРСТАТАХ З ПОВОРОТНИМ СУПОРТОМ
Установлено, що при пилянш на горизонтальних с^чкопилкових верстатах величина кута швидкост рiзання змшюеться на 30 % з повертанням супорта на 45° в обидва боки вщ положення и=90°, а кшематичш кутовi параметри зубiв с^чково! пилки змшюються на незначну величину (0,14 %...1,4 %), що дозволяе не коригува-ти величини кутсв зубiв пилки при повертанш супорта в межах 45° < и < 135°.
Sen. lecturerI.T. Rebeznjuk- USUFWT
Research angular parameters of cogs saws at sawing on horizontal band headrig sawing machine tools with a rotary slide
Is established, that at sawing on horizontal band headrig sawing machine tools the magnitude of a corner of speed of cutting varies on 30 % at turn of a slide on 45° in both sides from a position u=90°, and the kinematical angular parameters cogs of a tape saw vary on insignificant magnitude (0,14 %... 1,4 %), that allows to not adjust angular parameters cogs at turn slide in the boundaries 45° < и < 135°.
Вщомо, що при р1занш деревини стр1чковими пилками головш кути зу-б1в пилки, таю як переднш у, заднш а, кут загострення в та кут р1зання 8, суттево впливають на процес стружкоутворення та енергосилов1 показники [1].
В процес р1зання вщбуваеться трансформащя головних купв зуб1в шструмента внаслщок впливу кута швидкост р1зання п, який утворюеться
м1ж напрямками швидкостей результуючого Ve та головного рух1в р1зання V (рис. 1).
Для кшематичних кутових параметр1в зуба стр1чково! пилки (див. рис. 1) можна записати:
ак = а-п; Ук = 7 + П; 8 = 8-п; в =Р- (1)
Вщомо [2], що на кут швидкост р1зання безпосередньо впливае кут подач1, за залежшстю:
