Технология клееных материалов и древесных плит. 4
Министерство образования и науки РФ
ФГБОУ ВПО “Сибирский государственный технологический университет”
Лесосибирский филиал
Кафедра: Технологии производств в лесном комплексе
Технология клееных материалов и древесных плит
Содержание
Введение.....................
1.Выбор условий
2.Определение количественного
выхода шпона при лущении......
3.Определение
Заключение……………………………………………………
Библиографический список……………………………………………………....
Введение
Производство клееных
материалов является крупной
и непрерывно развивающейся
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 3.1 [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, dk, м, используем следующую формулу
dk = do – 0,00275 + 0,26dч2 - 0,12dч3, (1.1)
где do - диаметр кулачков лущильного станка, м;
dч – диаметр чураков, м.
Вычисляем отношение для первой группы диаметров 30 – 32 см. Сначала рассчитываем диаметр остающегося карандаша dk, м.
Принимаем d0 = 0,070 (исходя из исходных данных пункт 6[1]); dч = 0,31 м. Подставляя эти значения в формулу (1.1), получим
dk1 = 0,070 – 0,00275 + 0,26*0,312 – 0,12*0,313 =0.09
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 34– 36 см. Рассчитываем диаметр остающегося карандаша dk, м.
Принимаем d0 = 0,070; dч = 0,35 м. Подставляя эти значения в формулу (1.1), получим
dk2 = 0,070 – 0,00275 + 0,26*0,352 – 0,12*0,353 = 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 38 – 40 см. Рассчитываем диаметр остающегося карандаша dk, м.
Принимаем d0 = 0,070; dч = 0,39 м. Подставляя эти значения в формулу (1.1), получим
dk3 = 0,070 – 0,00275 + 0,26*0,392 – 0,12*0,393 = 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 42 – 44 см. Рассчитываем диаметр остающегося карандаша dk, м.
Принимаем d0 = 0,070; dч = 0,41 м. Подставляя эти значения в формулу (1.1), получим
dk4 = 0,070 – 0,00275 + 0,26*0,412 – 0,12*0,413 = 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 4.2[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
а = 0,00063
4.Значение безразмерной температуры, θ, находим по формуле
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 = 300C. Подставляя эти значения в формулу (1.2), получим
5.Величину критерия, F0, определяем по таблице 4.4 [1].
Принимаем θ = 0,50 , получим F01 =0,2
Принимаем θ = 0,50 , получим F02 =0,2
Принимаем θ = 0,50 , получим F03 =0,25
Принимаем θ = 0,50 , получим F04 =0,25.
Время нагревания чураков, Z, ч, определяем по формуле
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 30-32 см.Принимаем F01 = 0,2; R1 = 0,16 м; а = 0,00063 . Подставляя эти значения в формулу (1.3), получим
Находим Z2 для второй группы диаметров 34-36см. Принимаем F02= 0,2; R2 = 0,18 м; а = 0,00063 . Подставляя эти значения в формулу (1.3), получим
Находим Z3 для третьей группы диаметров 38-40см. Принимаем F03=0,25; R3 = 0,20 м; а = 0,00063 . Подставляя эти значения в формулу (1.3), получим
Находим Z4 для четвёртой группы диаметров 42-44см. Принимаем F04=0,25; R4 = 0,22 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
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 = 2,9 м; H = 3 м; = 0,7. Подставляя эти значения в формулу (1.4), получим
Е = 10*2,9*3* 0,7 = 60,9 м3.
Производительность бассейна (секции), А, м3/см, определяем по формуле
где T – продолжительность смены, ч;
E – емкость одной секции, м3;
Z – время нагревания чураков, ч;
ZВСП – 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 = 60,9 м3; Z1 = 3,1 ч; ZВСП = 0,27 ч. Подставляя эти значения в формулу (1.5), получим
Находим производительность бассейна для второй группы диаметров 30-32см. Принимаем Т = 8ч; Е = 60,9 м3; Z2 = 10,29 ч; ZВСП = 0,27ч, получаем
Находим производительность бассейна для третьей группы диаметров 34-36см. Принимаем Т = 8ч; Е = 60,9 м3; Z3 = 15,87 ч; ZВСП = 0,27 ч, получаем
Находим производительность бассейна для четвертой группы диаметров 38-40см. Принимаем Т = 8ч; Е = 60,9 м3; Z4 = 19,21 ч; ZВСП = 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,...,Qn.
Находим Q1, т. е. 25% от 170 Q1 =
Находим Q2, т. е. 35% от 170 Q2 =
Находим Q3, т. е. 25% от 170 Q3 =
Находим Q4, т. е. 15% от 170 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
где Q1; Q2;...,Qn – количество сырья данной группы диаметров, м3;
А1; А2;....,Аn – производительность варочного бассейна при проваривании чураков той же группы диаметров, м3/смену.
Рассчитываем потребное количество секций бассейна, n, секций, для первой группы диаметров 30-32см. Принимая Q1 = 42,5; А1 = 62,63 . Подставляя эти значения в формулу (1.6), получим
n1 =
Рассчитываем потребное количество секций бассейна для второй группы диаметров 34-36см. Принимая Q2 = 59,5; А2 = 50,05 , получаем
n2 =
Рассчитываем потребное количество секций бассейна для третьей группы диаметров 38-40см. Принимая Q3 =42,5; А3 = 33,40 , получаем
n3 =
Рассчитываем потребное количество секций бассейна для четвертой группы диаметров 42-44см. Принимая Q4 =25,5; А3 =28,06 , получаем
n4 =
Затем определяем общее количество секций бассейна для тепловой обработки заданного количества сырья.
n1 + n2 + n3 + n4 = 1+2+2+1 =6 секции.
Результаты расчетов оформляем в таблице 1.1
Таблица 1.1- результаты расчетов
Наименование показателя |
Значение показателя |
1. Коэффициент температуропроводности, м2/ч |
0,00063 |
2.Безразмерная температура |
0,50 |
3.Отношение радиуса карандаша к радиусу чурака |
R1/r1=0,31, R2/r2=0,28, R3/r3=0,25, R4/r4=0,23. |
4.Критерий теплового подобия Фурье |
Fo1=0,2 , Fo2=0,2 , Fo3=0,25 , Fo4=0,25 . |
5.Время тепловой обработки сырья. ч |
Z1=8,13, Z2=10,29, Z3=15,87 ,Z4=19,21 |
6.Размеры бассейна( секций): Длина, м Ширина, м Высота, м |
60,9м3 10 2,0 3 |
7.Производительность варочного бассейна в смену,м3/см |
А1=62,63, А2=50,05, А3=33,40, А4=28,06. |
8.Потребное количество секций бассейна,шт |
n1 =1, n2=2, n3=2, n4 =1. |
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, Vч, м3, можно рассматривать, как сумму объёмов кускового и форматного шпона, а также объёмов потерь, неизбежных при лущении
Vч = Vф. ш. + Vкус + Vк + Vр,
где Vч – объём чурака, м3;
Vф. ш. – объём форматного шпона, м3;
Vкус – объём длины кусков, м3;
Vк – объём карандаша, м3;
Vр – объём рванины, м3
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 3.1 [1].
Для определения расхода сырья на шпоне необходимо рассчитать:
-объем форматного шпона, длинных кусков, оставшегося карандаша и шпон-рванины;
-расход сырья на изготовление 1м3 шпона;
-средневзвешенный объем
Указанные показатели рассчитываем для средневзвешенного диаметра чураков и сырья указанных сортов.
Средневзвешенный диаметр чураков, dч. ср., м, определяем по формуле
, (2.2)
где Р1, Р2,..., Рn – количество чураков данной группы диаметров в процентах к объёму сырья, берем по заданию таблицы 3,1 [1];
dч-1, dч-2, dч -n – средний диаметр чурака в данной группе диаметров, м.
Прежде чем рассчитать объём чурака, Vч, м3, рассчитываем ниже следующие формулы.
Рассчитываем средний диаметр чурака и количество чураков в каждой группе.
Для чураков диаметром 0,30-0,32 м dч-1 = 0,31; Р1 = 25%.
Для чураков диаметром 0,34-0,36 м dч-2 = 0,35; Р2 =35%.
Для чураков диаметром 0,38-0,40 м dч-3 = 0,39; Р3 =25%.
Для чураков диаметром 0,42-0,44 м dч-4 = 0,41; Р4 = 15%.
Рассчитываем средневзвешенный диаметр для первой группы чураков.
Принимаем dч-1 = 0,31 м; Р1 = 25 %; dч-2 = 0,35 м; Р2 =35 %; dч-3 = 0,39 м; Р3 =25 %; dч-4 = 0,41 м; Р4 = 15 %. Подставляя эти значения в формулу (2.2), получим
Выход шпона, Vф. ш., м3, и кусков, Vкус, м3, из одного м3 сырья каждого сорта определяем по формулам
;
,
где l – длина чурака, м;
dч. ср. - средневзвешенный диаметр чураков, м [определяем по формуле (2.2)];
Vч – объём чурака данного диаметра dч. ср. и длины, м3 (выбираем по таблице 4.5 [1]);
КВ – коэффициент выхода всего шпона (выбираем по таблице 4.6 [1]);
КЛ - коэффициент выхода форматного шпона (выбираем по таблице 4.6 [1]);
dК – диаметр остающегося карандаша, м, выбираем по таблице 4.7[1] или рассчитываем по формулам
dK.I = d0 – 0,00275 + 0,245d2ч. ср. – 0,195d3ч. ср.; (2.5)
dK.II = d0 – 0,00275 + 0,26d2ч. ср. – 0,12d3ч. ср., (2.6)
где d0 – диаметр кулачков, м (выбираем из задания таблица 3.1 [1]).
Рассчитываем для сырья 1-го сорта. Принимаем d0 = 0,070м; dч. ср. = 0,35. Подставляя эти значения в формулу (2.5), получим
dK.I=0,070 – 0,00275 + 0,245*0,352 – 0,195*0,353 = 0,09.
Рассчитываем для сырья 2-го сорта. Принимаем d0 = 0,070 м; dч. ср. = 0,35, получаем
dK.II = 0,070 – 0,00275 + 0,26*0,352 –0,12*0,353 = 0,094.
Рассчитываем коэффициент выхода всего шпона по таблице 4.6 [1], при длине чураков 1,6 м
КвI = 0,89
Рассчитываем коэффициент форматного шпона по таблице 4.6 [1], при длине чураков 1,6 м
КлI = 0,85
Рассчитываем объём форматного шпона, Vф. ш., м3.
Для 1-го сорта. Принимаем Vч = 0,21 м3; Кл = 0,85; dч. ср. = 0,35; dK = 0,09 м. Подставляя эти значения в формулу (2.3), получим
Vф. ш.I =
Для 2-го сорта. Принимаем Vч = 0,21 м3; Кл = 0,84; dч. ср. = 0,35; dK = 0,094 м, получим
Vф. ш.II =
Рассчитываем объём длинных кусков, Vкус., м3.
Для 1-го сорта. Принимаем Vч = 0,21 м3; dч. ср. = 0,35; Кв = 0,89; Кл = 0,85. Подставляя эти значения в формулу (2.3), получим
Vкус.I =
Для 2-го сорта. Принимаем Vч = 0,21 м3; dч. ср. = 0,35; Кв = 0,88; Кл = 0,84, получим
Vкус.II =
Отходы на карандаши, Vк, м3, и шпон рванину, Vр, м3, получаемые при переработки сырья различного сорта, определяем по формулам
,
Vp=1-(Vф ш+Vкус+Vк),
Рассчитываем отходы на карандаш, Vк, м3.
Для 1-го сорта. Принимаем Vч = 0,21 м3; dK = 0,09 м. Подставляя эти значения в формулу (2.7), получим
VкI =
Для 2-го сорта. Принимаем Vч = 0,23 м3; dK = 0,094 м, получаем
VкII =
Рассчитываем отходы на шпон-рванину Vр, м3.
Для 1-го сорта. Принимаем Vф. ш = 0,56; Vкус. = 0,06; Vк = 0,06. Подставляя эти значения в формулу (2.8), получим
VрI = 1 – (0,56 + 0,06 + 0,06) = 0,32.
Для 2-го сорта. Принимаем Vф. ш = 0,54; Vкус. = 0,05; Vк = 0,06, получаем
VрII = 1 – (0,54 + 0,05 + 0,06) = 0,35.
Расход сырья R на 1 м3 сырого шпона определяем по формуле
,
Рассчитываем расход сырья, R, м3, на 1 м3 сырого шпона.
Для 1-го сорта. Принимаем Vф. ш = 0,56; Vкус. = 0,06. Подставляя эти значения в формулу (2.9), получим
Для 2-го сорта. Принимаем Vф. ш = 0,54; Vкус. = 0,05, получим
RII =
Находим объём чурака, Vч, м3. Подставляя значения по сортам в формулу (2.1), получаем
VчI = 0,56 + 0,06 + 0,06 + 0,32 = 1;
VчII = 0,54 + 0,05 + 0,06 + 0,35= 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, Vф. ш. – ср., м3,кусков, Vкус. – ср., м3, расход сырья на 1 м3 шпона, Rср., м3,средневзвешенный отпад сырья на карандаши, Vк –ср, м3,и шпон-рванину, Vр. – ср., м3, по формуле
, (2.10)
где Vф.ш-1, Vф.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 3.1[1]).
Vф. ш. – ср. =
Определяем средневзвешенный выход кусков, Vкус. – ср., м3
Vкус. – ср. =
Определяем средневзвешенный отпад сырья на карандаши, Vк. – ср., м3
Vк. – ср. =
Определяем средневзвешенный отпад сырья на шпон-рванину, Vр. – ср., м3
Vр. – ср. =
Определяем средневзвешенный расход сырья, Rср., м3, на 1 м3 сырого шпона
Rср. =
Результаты расчетов необходимо свести в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 – Количественный выход шпона при лущении.
Наименование показателей |
Значения показателей при переработки сырья |
Средневзвешенное значение показателей | |
1-го сорта |
2-го сорта | ||
1 |
2 |
3 |
4 |
Выход шпона, Vф. ш, м3, из 1 м3 сырья |
0,56 |
0,54 |
0,55 |
Выход кусков, Vкус., м3, из 1 м3 сырья |
0,06 |
0,05 |
0,05 |
Отходы на карандаш, Vк, м3, из 1 м3 сырья |
0,06 |
0,06 |
0,06 |
Отходы на шпон-рванину, Vр, м3, из 1 м3 сырья |
0,32 |
0,35 |
0,3 |
Расход сырья, R, м3, из 1 м3 сырья |
1,61 |
1,69 |
1,66 |
3 Определение
Для изготовления лущеного шпона используют линии, в состав которых входят: механизм базирования чурака, лущильный станок, устройство для приёма ленты шпона и ее транспортирования к ножницам, ножницы с механизмами подачи в них ленты шпона и укладки в стопу прирезанных форматных листов.
Прирубку кусков чаще всего выполняют на отдельных ножницах, не входящих в состав линии, что и предусмотрено как одно из условий в данном расчете.
Основным звеном линии лущения – рубки ленты шпона является лущильный станок, но его производительность не всегда определяется производительностью линии, а лишь в том случае, когда ее остальные звенья и, в частности, ножницы не задерживают работу лущильного станка.
Содержание и последовательность выполнения работы по определению производительности линии лущения – рубки ленты шпона следующие:
- Определение поэлементных затрат времени на операции лущения одного чурака.
- Определение общей продолжительности цикла разлущивания одного чурака.
- Расчет длины ленты шпона, получаемой из одного чурака.
- Расчет времени, затрачиваемого ножницами на отрубание одного листа форматного шпона.
- Расчет времени, потребного для рубки на листы всей ленты шпона, получаемой из одного чурака.
- Расчет производительности лущильного станка и ножниц в м3 форматного шпона в час.
- Определение производительности линии.