CC BY
51
УДК 674. 817 В.Н. Матыгулина, Н.Г. Чистова
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ РАЗМОЛА НА КАЧЕСТВО ПОДГОТОВКИ ДРЕВЕСНОГО ВОЛОКНА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВП
В статье приведены результаты исследований, выполненных специалистами Лесосибирского филиала СибГТУ на одном из крупнейших деревоперерабатывающих предприятий Ангаро-Енисейского региона «Новоенисейский ЛХК» в промышленных условиях на действующем оборудовании. Определено влияние конструктивных и технологических параметров размалывающих машин на физико-механические показатели древесноволокнистых плит. Результаты экспериментов обрабатывались по В-плану второго порядка, где были получены математические модели, адекватно описывающие исследуемый процесс. По уравнениям построены функции отклика в виде графических зависимостей, дающие наглядное представление о влиянии их на исследуемые факторы.
В развитии отечественной древесноплитной промышленности в последнее время наблюдается значительный подъем. Существенно улучшается оснащенность предприятий, качественно изменяется производительность технологических линий, осваиваются новые виды продукции [1].
С начала становления отрасли считалось, что производство древесных плит является утилизатором древесных отходов деревообрабатывающих производств, однако сейчас это самостоятельное направление по изготовлению древесноплитных облицовочных и конструкционных высококачественных и эффективных материалов.
Мировое производство древесноволокнистых плит всех видов базируется на сухом и мокром способах изготовления. Сухой способ производства в настоящее время получил широкое распространение. Несмотря на то что мокрый способ наиболее освоен промышленностью, ему присущ ряд недостатков: большое количество сточных вод, ограниченность использования лиственных пород древесины, небольшая номенклатура выпускаемых изделий. Также развитие сухого способа связано с изготовлением древесноволокнистых плит средней плотности (MDF).
Одним из крупнейших перспективных деревообрабатывающих предприятий Красноярского края является ЗАО «Новоенисейский лесохимический комплекс», в составе которого успешно функционируют заводы по производству ДВП сухим и мокрым способами, а также в ближайшее время планируется ввод в эксплуатацию линии по производству MDF.
В Лесосибирском филиале Сибирского государственного технологического университета ведутся исследования в области процесса получения древесноволокнистой массы, т.е. размола, как одного из основных технологических процессов производства древесноволокнистых плит. Для чего в настоящей работе исследовалось влияние основных технологических и конструктивных параметров размалывающих машин на качество помола древесноволокнистой массы, а также на физико-механические свойства древесноволокнистых плит сухого способа изготовления.
Для решения поставленных задач был проведен ряд экспериментов непосредственно в промышленных условиях на промышленном оборудовании вышеназванного предприятия.
На первом этапе наших исследований был проведен анализ теоретических и экспериментальных работ в области процесса размола древесноволокнистых полуфабрикатов. На исследуемом предприятии подготовка древесного волокна для производства плиты осуществляется на быстроходном дисковом рафинере PR-42. Анализ результатов поисковых экспериментов показал, что на качество помола древесноволокнистой массы, а также готовых древесноволокнистых плит, наибольшее влияние оказывают следующие конструктивные и технологические параметры размольной установки: износ сегментов (отношение ширины ячейки ножа к его высоте), зазор между размалывающими дисками и число оборотов нижнего шнека, подающего щепу в размольную камеру. Уровни и интервалы варьирования исследуемых факторов представлены в таблице.
Основные факторы и уровни их варьирования
Фактор Обозначения Интервал варьирования фактора Уровни варьирования факторов
нату- ральные нормализо- ванные - 1 0 + 1
Износ сегментов 1_^ Х і 1,07 1,15 2,22 3,29
Зазор между дисками, мм г Х 2 0,09 0,07 0,16 0,25
Обороты нижнего шнека, об/мин п Х з 4 16 20 24
Программа экспериментальных исследований была реализована комплексом активных многофакторных опытов.
Эксперимент проводился в следующей последовательности:
- перед установкой размольных дисков в рафинер были проведены замеры ширины ячейки ножа и его высоты. Замеры производились в нескольких точках и за основу брались средние значения;
- из-за малого износа сегментов за одну рабочую смену, в течение которой производился эксперимент, параметр L/h принимался за постоянную величину, а эксперимент проводился в три этапа: при износе сегментов 10, 50 и 90%.
- перед началом пуска рафинера устанавливался требуемый, согласно плана эксперимента, зазор между размалывающими дисками; для каждого зазора принимались три значения оборотов нижнего шнека;
- при изменении параметров отключалась подача парафина и брались пробы древесноволокнистой массы для исследования степени помола и для определения фракционного состава, после чего подача парафина возобновлялась и по истечении 10 мин (именно столько времени в среднем необходимо, чтобы произошел обмен массы в дозировочном бункере) сформированный ковер из древесноволокнистой массы помечался биркой с номером, соответствующим номеру опыта;
- после прессования из исходной плиты брались образцы определенного размера для анализа геометрических и физико-механических свойств плиты в лаборатории цеха ДВП-2 ЗАО «Новоенисейский ЛХК».
Для более полной оценки качественных показателей древесноволокнистой массы при исследовании нами использовались различные способы: определение градуса помола массы на приборе «Дефибратор-секунда», принцип действия которого основан на определении скорости обезвоживания массы в единицу времени; определение степени помола на лабораторной установке, спроектированной и изготовленной на базе Лесосибирского филиала СибГТУ, принцип действия которой основан на изменении сопротивления навески массы различной степени помола при прохождении через нее потока воздуха с постоянной скоростью фильтрации; определение фракционного состава волокна на лабораторном гирационном фракционаторе.
Исследования физико-механических характеристик ДВП (плотности, прочности на изгиб и на растяжение перпендикулярно пласти, толщины, водопоглощения и разбухания) проводились по известной методике, согласно ГОСТ 19592-86 «Плиты древесноволокнистые. Методы испытаний».
В настоящей работе представлены результаты исследований степени помола древесного волокна и плотности древесноволокнистых плит толщиной 4 мм.
Результаты многофакторного эксперимента обрабатывались методами, разработанными для получения математических моделей с целью описания объекта и поиска оптимальных условий функционирования исследуемой системы.
Для получения регрессионных зависимостей многофакторный эксперимент был спланирован и реализован согласно В-плана второго порядка, в основе которого лежит регрессионный анализ, включающий метод наименьших квадратов и статистическую обработку данных [2].
Для планов второго порядка, в общем случае, когда число варьируемых факторов равно К, модель имеет следующий вид:
к к к
У = Во +'£8,0, + '£В„Х,Х, + '£В„Х>, (1)
,=1 ,, ]=1 ,=1 где У - исследуемый выходной параметр;
X X - независимые переменные факторы в условном (нормализованном) масштабе (/ и ] принимают от 1 до 3 , но / = ] );
К - число независимых переменных (К =3);
Во - свободный член уравнения регрессии, характеризующий средний уровень выходного параметра;
В, - коэффициенты регрессии, характеризующие влияние входных факторов X на выходной параметр У;
Ву - коэффициенты регрессии, характеризующие эффективности парных взаимодействий входных параметров [2].
Обработка результатов многофакторного эксперимента осуществлялась в пакете программы <^ТАТ^ТЮА-6». Расчет производился по Квази-Ньютоновскому методу.
В результате обработки экспериментальных данных получены зависимости степени помола древесноволокнистой массы (ДС) и плотности плиты (Р1, кг/м3) от конструктивных и технологических параметров размольной установки.
Ниже представлены математические зависимости степени помола древесного волокна и плотности ДВП от вышеназванных параметров.
ДС=6,889470+1,689951 Ш+0.228644 2+6.068790 п-0,354834 Ш-0,005391 22- (2)
8,17901 п2+0,467290Ш*-0,000584Шл-0,388889*п. (2)
Р1=644,5068+92,66663 Ш+160,2727 2+10,50978 ■п-18,6747 Ш-1504,40 22- (3)
0,288789 п2+70,88525Ш ■ г-1,65917Ш ■п+8,211806 2 п. (3)
Коэффициенты, стоящие перед факторами, говорят о значимости входных параметров и влиянии их на исследуемые параметры, а также их парное взаимодействие на выходную величину.
Наглядное представление о влиянии входных факторов на выходную величину дают графические зависимости, построенные по полученным моделям. Так как в настоящей работе спланирован и реализован 3-факторный эксперимент, по полученной модели строится три графика. На рис. 1-2 представлены графические изображения функций отклика по полученным моделям от двух варьируемых факторов при фиксировании третьего на среднем уровне.
Из графика, представленного на рис. 1, а, хорошо видно, как изменяется степень помола древесноволокнистой массы при изменении величины рабочего зазора между сегментами и числа оборотов нижнего шнека при фиксированном износе сегментов на среднем уровне (L/h=const=2,22).
Г'-Г
а)
Рис. 1. Зависимость степени помола древесноволокнистой массы от износа сегментов, зазора между размалывающими дисками и числа оборотов нижнего шнека
V1 ХЪ-.
с?-ь_
б)
в)
Окончание рис. 1.
а)
б)
в)
Рис. 2. Зависимость плотности древесноволокнистой плиты от износа сегментов, зазора между размалывающими дисками и числа оборотов нижнего шнека
Таким образом, на основании проведенных исследований найдены зависимости степени помола древесноволокнистой массы и плотности готовой плиты от конструктивных и технологических параметров размольной установки, что позволяет наметить пути улучшения качественных показателей плиты и обеспечить прогнозирование наиболее эффективного способа подготовки волокнистого материала в производстве ДВП.
Литература
1. Леонович, А.А. Актуальные вопросы производства древесных плит на юбилейной конференции / А.А. Леонович // Древесные плиты: теория и практика: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. - СПб., 2007. - 136 с.
2. Чистова, Н.Г. Размол древесноволокнистой массы на промышленных установках при производстве
ДВП: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Н.Г. Чистова. - Красноярск, 2000. - 193 с.
3. Бекетов, В.Д. Повышение эффективности производства древесноволокнистых плит / В.Д. Бекетов. -
М.: Лесн. пром-сть, 1998. - 160 с.
4. Пижурин, А.А Исследование процессов деревообработки / А.А. Пижурин, М.С. Розенблит. - М.: Лесн.
пром-сть, 1973. - 119 с.
----------♦'-------------
УДК 628.822 А.С. Щелканов
ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ ПРИ КАЧЕНИИ ШЕРОХОВАТЫХ ТЕЛ В РЕЖИМЕ СМЕШАННОГО ТРЕНИЯ
В статье рассмотрен контакт двух шероховатых поверхностей как пористой среды. Оценено ее влияние на гидродинамическое давление в режиме смешанного трения. Предложенная методика расчета позволяет более рационально определять напряженное состояние контакта.
Поверхности деталей узлов машин работают в условиях качения со скольжением и подвержены воздействию высоких контактных давлений. Определение их несущей способности определяется достаточно сложной задачей. Одной из причин является трудность учета шероховатости поверхности в условиях контактно-гидродинамической теории смазки [1-3]. При наличии смазки между шероховатыми поверхностями контакт тел качения осуществляется по отдельным площадкам между которыми находится слой смазки.
N
Рис. 1. Схема контакта двух поверхностей в контактно-гидродинамическом режиме смазки
Смазка в полостях между неровностями обладает объемными свойствами. Толщина слоя смазки на дискретных пятнах контакта не превышает размера нескольких молекулярных слоев. Поэтому на них возможны режимы граничного и «сухого» трения, а при срезе микронеровностей и ювенильное трение.
Поверхности трения, касающиеся по пятнам фактического контакта, образуют между ними сетку «каналов», в которых находится смазка. Движение смазки по каналам можно считать как течение жидкости в пористой среде. Характер движения жидкости в пористой среде описывается законом Дарси:
