Технология клеенных материалов и плит

Федеральное агентство  по образованию

 

Сибирский государственный технологический университет

Лесосибирский филиал

 

Кафедра: Технологии производств в лесном комплексе

 

 

 

 

 

 

 

ТЕХНОЛОГИЯ КЛЕЁНЫХ

МАТЕРИАЛОВ И ПЛИТ

 

Пояснительная записка

 (ТПЛК 000.000.001.ПЗ)

 

 

 

 

Руководитель:

_________ Л.Н. Журавлёва

(подпись)

____________________

(оценка, дата)

 

Разработал:

Студент группы 71-3

_________М.Т. Боровских                    (подпись)

____________________

(дата)

 

Лесосибирск 2008

Содержание

Введение...................................................................................................................4

1.Выбор условий гидротермической  обработки чураков....................................5

2.Определение количественного  выхода шпона при лущении.........................11

3.Определение производительности  линии лущения – рубки ленты шпона...17

Заключение……………………………………………………………………….24

Список использованных источников…………………………………………...25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Фанера представляет собой слоистую клееную древесину, состоящую из трёх и более листов лущеного шпона с взаимно перпендикулярным расположением волокон в смежных слоях, это композиционный листовой материал. К фанерной продукции относятся различные виды клееной слоистой древесины, полуфабрикаты ее производства, а также отдельные виды клееной древесины (столярные плиты) и продукты переработки древесных отходов (древесные пресс – массы). [2]

Главной задачей  данной расчётно-графической работы является определение количественного и качественного выхода шпона для производства фанеры, производительности линии лущения. Цель работы – овладеть методикой расчёта производительности оборудования.

Производство  клееных материалов является крупной  и непрерывной развивающейся отраслью деревообрабатывающей промышленности. С каждым годом растет выпуск этих материалов и расширяется их ассортимент. Они находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства [1]. Фанеру и изделия из неё всё более широко применяют в строительстве, вагоностроении, автомобилестроении, производстве мебели. Специальные виды фанеры используют в авиастроении и судостроении, а также для производства труб, контейнеров, тары и других видов продукции. [3]

Фанерное производство включает в себя выпуск различных  марок фанеры. Основные виды фанерной продукции: фанерные плиты, состоящие из склеенных между собой 7 и более листов лущеного шпона с заданным направлением волокон в смежных слоях; бакелизированная фанера – фанера повышенных водоатмосферостойкости и прочности; авиационная фанера – фанера, предназначенная для использования в авиационной промышленности; декоративная фанера – фанера, облицованная плёночным покрытием в сочетании с декоративной бумагой; фанерные трубы и муфты, изготавливаемые навивкой из специальной трубной фанеры; древесные слоистые пластики (ДСП), состоящие из склеенных синтетическими клеями в процессе термической обработки под высоким давлением слоёв лущеного шпона; гнутоклееные детали, полученные методом гнутья с одновременным склеиванием нескольких слоев шпона; лущеный шпон, получаемый при лущении чурака; строганый шпон, получаемый при строгании бруса или ванчеса; столярные плиты, изготавливаемые облицовыванием шпоном реечных щитов; массы древесные прессовочные (МДП) – продукт совместной обработки частиц древесины, синтетических смол или их модификаций [2]. Увеличение объёмов фанерного производства будет происходить за счёт расширения, модернизации производства и улучшения качества продукции.

 

 

 

 

 

1 Выбор условий гидротермической  обработки чураков 

При лущении тонкий слой древесины, срезаемый с чурака, должен быть достаточно плотным, не иметь  трещин и разрывов. Для предотвращения         появления трещин чураки перед лущением подвергаются тепловой обработке с целью усиления деформативности древесины. Гидротермообработка чураков перед лущением производится путем их проваривания, т. е. они выдерживаются в течение определенного количества времени в горячей воде.

Для получения качественного шпона  температура древесины перед     лущением должна быть для ольхи и березы не менее 20⁰С, сосны, ели 30⁰С,   дуба 40⁰С, лиственницы 30 – 45⁰С.

Режим гидротермообработки чураков  включает температуру                  нагревающей среды и время выдержки их в этой среде. При этом время          нагревания чураков зависит как от температуры нагревающей среды, так и от физических свойств древесины, диаметра чураков и их начальной температуры, желаемой температуры на поверхности карандаша, остающегося после           лущения.

Условия режима определены исходными  данными, указанными в таблице 2 [1].

Последовательность  решения задачи по определению времени  нагревания чураков:

1.Определяем отношение радиуса  карандаша к радиусу r/R.

Отношение r/R подсчитываем для каждой группы заданной группы     диаметров чураков, при этом радиус R берем по наибольшему значению       диаметра в данной группе.

Для определения  диаметра остающегося  карандаша, d_k, м, используем следующую формулу

                           d_k = d_o – 0,00275 + 0,26d_ч² - 0,12d_ч³,                    (1.1)

где   d_o - диаметр кулачков лущильного станка, м;

d_ч – диаметр чураков, м.

Вычисляем отношение  для первой группы диаметров 17 – 19 см.     Сначала рассчитываем диаметр остающегося карандаша d_k, м.

Принимаем d₀ = 0,060 (исходя из исходных данных пункт 9[1]); d_ч = 0,18 м. Подставляя эти значения в формулу (1.1), получим

d_k1 = 0,060 – 0,00275 + 0,26*0,18² – 0,12*0,18³ =

Определяем радиус карандаша, r, м

r₁ =

Определяем радиус чурака, R, м

R₁ =

Определяем отношение радиуса  карандаша к радиусу чурака по формуле 

 

Подставляя значение в формулу, получаем

Аналогичные операции проводим с другими  группами.

Вычисляем отношение  для второй группы диаметров 30 – 32 см.    Рассчитываем диаметр остающегося карандаша d_k, м.

Принимаем d₀ = 0,075; d_ч = 0,31 м. Подставляя эти значения в формулу (1.1), получим

d_k2  = 0,075 – 0,00275 + 0,26*0,31² – 0,12*0,31²  = 0,09

Определяем радиус карандаша, r, м

r₂ =

.

Определяем радиус чурака, R, м

R₂ =

Определяем отношение  радиуса карандаша к радиусу  чурака по формуле 

Подставляя значение в формулу, получаем

Вычисляем отношение  для третьей группы диаметров 34 – 36 см.   Рассчитываем диаметр остающегося карандаша d_k, м.

Принимаем d₀ = 0,075; d_ч = 0,35 м. Подставляя эти значения в формулу (1.1), получим

d_k3 = 0,075 – 0,00275 + 0,26*0,35² – 0,12*0,35² = 0,1

Определяем радиус карандаша, r, м

r₃ =

Определяем радиус чурака, R, м

R₃ =

Определяем отношение радиуса  карандаша к радиусу чурака по формуле 

Подставляя значение в формулу, получаем

Вычисляем отношение  для четвертой  группы диаметров 38 – 40 см. Рассчитываем диаметр остающегося карандаша d_k, м.

Принимаем d₀ = 0,075; d_ч = 0,39 м. Подставляя эти значения в формулу (1.1), получим

d_k4 = 0,075 – 0,00275 + 0,26*0,39² – 0,12*0,39² = 0,1

Определяем радиус карандаша, r, м

r₄ =

.

Определяем радиус чурака, R, м

R₄ =

Определяем отношение радиуса  карандаша к радиусу чурака по формуле

Подставляя значение в формулу, получаем

2. По способу доставки чураков,  породе древесины выбираем влажность  древесины по таблице 4[1].

Так как в данном варианте способ доставки сырья железнодорожный и порода древесины – лиственница, то влажность берём равную 60-80%.

3.Зная влажность и породу  древесины, выбираем значение  коэффициента тампературопроводности a, , по таблице 5[1].

а = 0,00063

4.Значение безразмерной температуры, θ, находим по формуле

                                             (1.2)

где     t  – температура на поверхности карандаша, ⁰С;

t₀ – начальная температура чурака, ⁰С;

t₁ - температура нагревающей среды, ⁰С;

Температура на поверхности карандаша t, как уже указывалось, зависит от породы древесины и может быть принята: для березы, ольхи –20⁰С, сосны, ели 30⁰С, лиственницы 40⁰С.

Температура нагревающей  среды t₁ принимается 40 – 50⁰С (при             обработке древесины по мягким режимам). Значения начальной температуры выбираем по таблице 2[1].

Принимаем t = 40⁰ C; t₁ = 50⁰ C; t₀ = 35⁰C. Подставляя эти значения в   формулу (1.2), получим

5.Величину критерия, F₀, определяем по таблице 6 [1].

Принимаем θ = 0,67 , получим F₀₁ =0,1

Принимаем θ = 0,67 , получим F₀₂ =0,12

Принимаем θ = 0,67 , получим F₀₃ =0,12

Принимаем θ = 0,67 , получим F₀₄ =0,14.

Время нагревания чураков, Z, ч, определяем по формуле

                                                          (1.3)

где     а – коэффициент температуропроводности, ;

R – радиус  чурака, м;

F₀ – критерий теплового подобия Фурье.

Расчёты времени нагревания проводим отдельно для чураков каждой группы диаметров.

Находим Z₁ для первой группы диаметров 26-28 см.Принимаем F₀₁ = 0,1; R₁ = 0,14 м; а = 0,00063 . Подставляя эти значения в формулу (1.3), получим

Находим Z₂ для второй группы диаметров 30-32см. Принимаем F₀₂= 0,12; R₂ = 0,16 м; а = 0,00063 . Подставляя эти значения в формулу (1.3), получим

 Находим Z₃ для третьей группы диаметров 34-36см. Принимаем F₀₃=0,12; R₃ = 0,18 м; а = 0,00063 . Подставляя эти значения в формулу (1.3), получим

                                                                     

 

Находим Z₄ для четвёртой группы диаметров 38-40см. Принимаем F₀₄=0,14; R₄ = 0,20 м; а = 0,00063 . Подставляя эти значения в формулу (1.3), получим

 

Для нагревания сырья в настоящее  время стремятся использовать как   открытые бассейны, так и закрытые многосекционные варочные бассейны, в которых обработка ведётся по мягким режимам. Емкость одной секции, Е, м³, такого бассейна определяем по формуле

                                                      (1.4)

где     L – длина секции, м;

B – ширина секции, м;

H – высота бассейна, м;

- коэффициент плотности укладки  чураков.

Возможные размеры секций:

L = от 5 до 15 м;

B = l + (1-2 м);

H = 2,5 – 3 м;

 

  l –длина нагреваемого чурака, м;

 

- коэффициент плотности укладки  принимаем равным 0,7.

Находим ёмкость, Е, м³,одной секции. Принимаем L = 10 м; B = 3,2 м;      H = 3 м; = 0,7. Подставляя эти значения в формулу (1.4), получим

Е = 10*3,2*3* 0,7 = 67,2 м³.

Производительность бассейна (секции), А, м³/см, определяем по формуле

                                                   (1.5)

где      T     –  продолжительность смены, ч;

E     –  емкость одной секции, м³;

Z     –  время нагревания чураков, ч;

Z_ВСП – время загрузки и разгрузки одной секции бассейна, ч.

Затраты вспомогательного времени могут приниматься из расчета 0,26 – 0,28 ч на каждый погонный метр длины секции.

Находим производительность бассейна для первой группы диаметров   26-28см. Принимаем Т = 8ч; Е = 67,2 м³; Z₁ = 3,1 ч; Z_ВСП = 0,27 ч. Подставляя эти значения в формулу (1.5), получим

.

Находим производительность бассейна для второй группы диаметров   30-32см. Принимаем Т = 8ч; Е = 67,2 м³; Z₂ = 4,88 ч; Z_ВСП = 0,27ч, получаем

.

Находим производительность бассейна для третьей группы диаметров 34-36см. Принимаем Т = 8ч; Е = 67,2 м³; Z₃ = 6,17 ч; Z_ВСП = 0,27 ч, получаем

.

Находим производительность бассейна для четвертой группы диаметров  38-40см. Принимаем Т = 8ч; Е = 67,2 м³; Z₄ = 8,89 ч; Z_ВСП = 0,27 ч, получаем

.

Расчет производительности варочного  бассейна производим отдельно для каждой заданной группы диаметров чураков, приведенных в задании.

Заданием предусмотрено  общее количество перерабатываемого  сырья и распределение этого  сырья по группам диаметров в  процентах. С учетом этого определяем количество перерабатываемого сырья по каждой группе диаметра Q₁, Q₂,...,Q_n.

Находим Q₁, т. е. 10% от 190  Q₁ =

Находим Q₂, т. е. 30% от 190  Q₂ =

Находим Q₃, т. е. 40% от 190  Q₃ =

 

Находим Q₄, т. е. 20% от 190  Q₄ =

Зная производительность варочного  бассейна, количество сырья по каждой

 

 группе диаметров, определяем  потребное количество секций  бассейна,

n, секций, для проваривания сырья  каждой группы по формуле

                                                        (1.6)

где  Q₁; Q₂;...,Q_n  – количество сырья данной группы диаметров, м³;

     А₁; А₂;....,А_n – производительность варочного бассейна при проваривании чураков той же группы диаметров, м³/смену.

Рассчитываем потребное количество секций бассейна, n, секций, для   первой группы диаметров 26-28см. Принимая Q₁ = 19; А₁ = 64,23 .       Подставляя эти значения в формулу (1.6), получим

n₁ =

1.

Рассчитываем потребное количество секций бассейна для второй группы диаметров 30-32см. Принимая Q₂ = 57; А₂ = 40,8 , получаем

n₂ =

»2.

Рассчитываем потребное количество секций бассейна для третьей группы диаметров 34-36см. Принимая Q₃ =76; А₃ = 32,27 , получаем

n₃ =

3.

Рассчитываем  потребное количество секций бассейна для четвертой  группы диаметров 38-40см. Принимая Q₄ =38; А₃ =22,4   , получаем

n₄ =

2.

Затем определяем общее количество секций бассейна для тепловой       обработки заданного количества сырья.

n₁ + n₂ + n₃ + n₄ = 1+2+3+2 = 8 секции.

 

2 Определение количественного  выхода шпона при лущении

 

Объём шпона, полученный из единицы объёма перерабатываемого  сырья, называется количественным выходом. Различают технологический и            производственный количественный выходы.

Технологический выход  – возможное количество продукции, получаемой в результате переработки  сырья по принятой технологии.

Производственный выход  – фактическое количество   продукции,          получаемое в результате переработки сырья с учётом не только                      технологических, но и производственных потерь.

В данной работе рассматривается  только технологический выход.

У чурака следует различать  четыре зоны (Рисунок 2.1): 1 – зона шпона–рванины – являющуюся следствием неправильной формы чурака (искривление его оси, сбежистости и эллипсоидальности сечения); зону 2 – зона кусков – возникающую в результате неправильной установки чурака (базирования)    между шпинделями лущильного станка; зону 3 – зона форматного шпона; зону 4 – зона карандаша – представляющую собой остаток древесины после          разлущивания чурака.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1 – зоны поперечного сечения.

 

Следовательно, объём чурака, V_ч, м³, можно рассматривать, как сумму объёмов кускового и форматного шпона, а также объёмов потерь, неизбежных при лущении

V_ч = V_{ф. ш.} + V_кус + V_к + V_р,                                      (2.1)

 

где  V_ч     – объём чурака, м³;

       V_{ф. ш.} – объём форматного шпона, м³;

       V_кус   – объём длины кусков, м³;

       V_к       – объём карандаша, м³;

       V_р     – объём рванины, м³.

Объём древесины, заключенной  в каждой из рассматриваемых зон,     можно охарактеризовать следующими данными:

для берёзы d_ч = 210-220 мм

• зона шпона-рванины – 20-23%;
• зона длинных кусков – 4-5%;
• зона форматного шпона – 60-64%;
• зона карандаша – 11-12%.

Объем первых трёх зон не может  быть точно определен теоретическим      путем исходя из геометрической формы чурака. Поэтому для вычисления    объёма шпона пользуемся эмпирическими формулами.

Исходными данными при  расчётах являются: порода древесины, диаметр чураков, сорт сырья, которые  выбираются из таблицы 2 [1].

Для определения расхода сырья  на шпоне необходимо рассчитать:

1. выход шпона;
2. выход длинных кусков;
3. количество отходов на карандаш и шпон-рванину.

Указанные показатели рассчитываем для средневзвешенного диаметра     чураков и сырья указанных сортов.

Средневзвешенный диаметр  чураков, d_{ч. ср.}, м, определяем по формуле

,                             (2.2)

где  Р₁, Р₂,..., Р_n – количество чураков данной группы диаметров в процентах к объёму сырья, берем по заданию таблицы 2 [1];

       d_ч-1, d_ч-2, d_{ч -n} – средний диаметр чурака в данной группе диаметров, м.

Прежде чем рассчитать объём  чурака, V_ч, м³, рассчитываем ниже         следующие формулы.

Рассчитываем средний  диаметр чурака и количество чураков  в каждой группе.

Для чураков диаметром 0,26-0,28 м d_ч-1 = 0,27; Р₁ = 10%.

Для чураков диаметром 0,30-0,32 м d_ч-2 = 0,31; Р₂ =30%.

Для чураков диаметром 0,34-0,36 м d_ч-3 = 0,35; Р₃ =40%.

Для чураков диаметром 0,38-0,40 м d_ч-4 = 0,39; Р₄ = 20%.

Рассчитываем средневзвешенный диаметр для первой группы чураков.

Принимаем d_ч-1 = 0,27 м; Р₁ = 10 %; d_ч-2 = 0,31 м; Р₂ =30 %; d_ч-3 = 0,35 м; Р₃ =40 %; d_ч-4 = 0,39 м; Р₄ = 20 %. Подставляя эти значения в формулу (2.2),        получим

.

Выход шпона, V_{ф. ш.}, м³, и кусков, V_кус, м³, из одного м³ сырья каждого сорта определяем по формулам

;                                             (2.3)

,                                             (2.4)

где       l       – длина чурака, м;

            d_{ч. ср.} - средневзвешенный диаметр чураков, м [определяем по формуле (2.2)];

         V_ч     – объём чурака данного диаметра d_{ч. ср.} и длины, м³ (выбираем по таблице 7 [1]);

         К_В      – коэффициент выхода всего шпона (выбираем по таблице 8 [1]);

         К_Л     - коэффициент выхода форматного шпона (выбираем по таблице 8 [1]);

          d_К    – диаметр остающегося карандаша, м, выбираем по таблице 9 [1] или рассчитываем по формулам

d_K.I = d₀ – 0,00275 + 0,245d²_{ч. ср.} – 0,195d³_{ч. ср}.;                       (2.5)

d_K.II = d₀ – 0,00275 + 0,26d²_{ч. ср.} – 0,12d³_{ч. ср}.,                         (2.6)

где d₀ – диаметр кулачков, м (выбираем из задания таблица 2 [1]).

Рассчитываем для сырья 1-го сорта. Принимаем d₀ = 0,075 м; d_{ч. ср.} = 0,34. Подставляя эти значения в формулу (2.5), получим

d_K.I=0,075 – 0,00275 + 0,245*0,34² – 0,195*0,34³ = 0,09.

Рассчитываем для сырья 2-го сорта. Принимаем d₀ = 0,075 м; d_{ч. ср.} = 0,34, получаем     

d_K.II = 0,075 – 0,00275 + 0,26*0,34² –0,12*0,34³ = 0,097.

Рассчитываем коэффициент  выхода всего шпона по таблице 8 [1], при длине чураков 1,6 м

К_вI = 0,89                                      К_вII = 0,88

Рассчитываем коэффициент форматного шпона по таблице 8 [1], при длине  чураков 1,6 м

К_лI = 0,85                                      К_лII = 0,84

Рассчитываем объём  форматного шпона, V_{ф. ш.}, м³.

Для 1-го сорта. Принимаем V_ч = 0,23 м³; К_л = 0,85; d_{ч. ср.} = 0,34; d_K = 0,09 м. Подставляя эти значения в формулу (2.3), получим

V_{ф. ш.I} =

*(0,85²*0,34² – 0,09²) = 7,5 (0,72*0,12 – 0,008) = 0,59.

Для 2-го сорта. Принимаем V_ч = 0,23 м³; К_л = 0,84; d_{ч. ср.} = 0,34; d_K = 0,097 м,   получим

V_{ф. ш.II} =

*(0,84²*0,34² – 0,097²) = 0,57.

Рассчитываем объём  длинных кусков, V_кус., м³.

Для 1-го сорта. Принимаем V_ч = 0,23 м³; d_{ч. ср.} = 0,34; К_в = 0,89; К_л = 0,85.    Подставляя эти значения в формулу (2.3), получим

V_кус.I =

0,06.

Для 2-го сорта. Принимаем V_ч = 0,23 м³; d_{ч. ср.} = 0,34; К_в = 0,88; К_л = 0,84,        получим               

V_кус.II =

0,05.

Отходы на карандаши, V_к, м³, и шпон рванину, V_р, м³, получаемые при переработки сырья различного сорта, определяем по формулам

,                                                         (2.7)                      

   V_p=1-(V_{ф ш}+V_кус+V_к),                                                 (2.8)

Рассчитываем отходы на карандаш, V_к, м³.

Для 1-го сорта. Принимаем V_ч = 0,23 м³; d_K = 0,09 м. Подставляя эти значения в формулу (2.7), получим   

V_кI =

= 0,06.

Для 2-го сорта. Принимаем V_ч = 0,23 м³; d_K = 0,097 м, получаем

V_кII =

= 0,07.

Рассчитываем отходы на шпон-рванину  V_р, м³.

Для 1-го сорта. Принимаем V_{ф. ш} = 0,59; V_кус. = 0,06; V_к = 0,06. Подставляя эти значения в формулу (2.8), получим

V_рI = 1 – (0,59 + 0,06 + 0,06) = 0,29.

Для 2-го сорта. Принимаем V_{ф. ш} = 0,57; V_кус. = 0,05; V_к = 0,07, получаем

V_рII = 1 – (0,57 + 0,05 + 0,07) = 0,31.

Расход сырья R на 1 м³ сырого шпона определяем по формуле

,                                                      (2.9)

Рассчитываем расход сырья, R, м³, на 1 м³ сырого шпона.

Для 1-го сорта. Принимаем V_{ф. ш} = 0,59; V_кус. = 0,06. Подставляя эти значения в формулу (2.9), получим          R_I = =1,54.

Для 2-го сорта. Принимаем V_{ф. ш} = 0,57; V_кус. = 0,05, получим

R_II =

=1,61.

Находим объём чурака, V_ч, м³. Подставляя значения по сортам в формулу (2.1), получаем            

V_чI = 0,59 + 0,06 + 0,06 + 0,29 = 1;

V_чII = 0,57 + 0,05 + 0,07 + 0,31 = 1.

Используя указанные  формулы, производим расчеты по количественному  выходу шпона для каждого сорта сырья в отдельности, а затем с учетом          заданного процентного соотношения сортов в общем его объеме, определяем средневзвешенный выход шпона, V_{ф. ш. – ср.}, м³,кусков, V_{кус. – ср.}, м³, расход сырья на 1 м³ шпона, R_ср., м³,средневзвешенный отпад сырья на карандаши, V_{к –ср}, м³,и шпон-рванину, V_{р. – ср.}, м³, по формуле

,                             (2.10)

где        V_ф.ш-1, V_ф.ш-2 – выход форматного шпона из сырья 1, 2-го сортов,м³;

а₁, а₂ – соотношение сортов сырья в общем его объёме в процентах (выбирается из таблицы 2[1]).        

V_{ф. ш. – ср.} =

.

Определяем средневзвешенный выход кусков, V_{кус. – ср.}, м³

V_{кус. – ср.} =

.

Определяем средневзвешенный отпад сырья на карандаши, V_{к. – ср.}, м³

V_{к. – ср.} =

.

Определяем средневзвешенный отпад сырья на шпон-рванину, V_{р. – ср.}, м³

V_{р. – ср.} =

.

Определяем средневзвешенный расход сырья, R_ср., м³, на 1 м³ сырого шпона

R_ср. =

.