Технология и оборудование деревообрабатывающих производств

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

№ зачетной книжки: 10-25744

№№ заданий: 26, 26 (теоретические вопросы); 1, 2, 7 (практические задания)

Заочный факультет

Специальность: «Экономика и управление на предприятии»

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Технология и оборудование деревообрабатывающих производств»

 

Выполнил: Студент 4-го курса 1-й группы ЭУП ___________________Юрага Д.Ю.     Проверил:  ______________________________________

 

 

Минск 2011

 

Вопрос 26. «Тепловая обработка чураков в открытых бассейнах. Проваривание древесины. Оборудование, режимы»

 

Цель и  способы тепловой обработки

Тонкий слой древесины, срезаемый  при лущении с цилиндрического  отрезка чурака, должен быть достаточно плотным, не иметь трещин и разрывов. Но вследствие того, что во время  срезания он подвергается выпрямлению, в нем возникают растягивающие  напряжения поперек волокон древесины. Величина этих напряжений может быть определена из следующего выражения (формула 1):

 

E× S / (2×r)                                                                 (1)

 

где E – модуль упругости шпона поперек волокон древесины, кг/см²;

      S – толщина шпона, см;

       r – первоначальный радиус кривизны слоя древесины до снятия его с поверхности чурака, см.

 

Из формулы видно, что чем больше толщина срезаемого шпона и чем меньше радиус чурака, тем больше напряжения в шпоне. Подсчеты показывают, что даже при толщине шпона 1,5 мм и радиусе чурака 10 см напряжения в нем достигают не допустимо больших значений. Если не принять мер, на левой стороне шпона, обращенной к чураку, образуются трещины и разрывы. Для их предотвращения перед лущением чураки подвергаются тепловой обработке с целью усиления упругих свойств древесины. Непременным условием при этом является достаточно высокая влажность древесины и нагрев ее до определенной температуры. Минимальной температурой для березовой древесины является 20 °С, сосновой – 15 °С, осиновой – 10 °С, дубовой – 40 °С, ясеневой – 50 °С, красного дерева – 30 °С. Нагрев древесины до слишком высоких температур нежелателен вследствие ухудшения качества поверхности изготовляемого из нее шпона.

Тепловая  обработка чураков в открытых бассейнах. Проваривание древесины. Гидро-термическая обработка чураков может производиться путем их проваривания или пропаривания. Проваривание чураков заключается в выдерживании их в течение определенного времени в горячей воде, а пропаривание – в обработке чураков насыщенным паром. Наиболее распространенным из указанных способов является проваривание, применяемый при изготовлении клееной фанеры. Он отличается сравнительной простотой и не требует значительных затрат. Расход пара на нагрев 1 м³ чураков составляет 90–130 кг. Пропаривание применяется при изготовлении строганной фанеры, когда недопустима варка сырья некоторых пород древесины из-за изменения их цвета.

Летом при достаточно увлажненной  древесине для изготовления тонкого  шпона сырье можно не нагревать.

Для гидротермической обработки  ранее указанными способами могут  использоваться разного рода бассейны, парильные камеры и металлические  котлы (автоклавы) соответствующих  размеров (рисунок 1):

 

 

Рисунок 1 – Устройства для гидротермической обработки древесины: а – варочный бассейн с мотопилом, б – открытый варочный бассейн, в – автоклав, г – парильная яма

 

Наиболее часто для  этой цели применяют бассейны, конструкция  которых показана на секции «а». Бассейн представляет собой вырытую в земле яму, стенки которой выполняют из кирпича, бетона или подобного материала и оштукатурены цементным раствором. При работе на сравнительно мелком сырье (23–30 см) бассейн для облегчения загрузки и выгрузки оборудуется мотовилом. На дне бассейна укладывается несколько дугообразных рельсов, что способствует перемещению в нем чураков при поворачивании мотовила. Выгрузка чураков из бассейна осуществляется путем размещения некоторого дополнительного их количества на одном из крыльев мотовила со стороны загрузки, благодаря чему возникает разница в весе чураков, расположенных по обе стороны вертикальной оси, проходящей через центр вращения мотовила, что и заставляет поворачиваться его на некоторый угол. Трудозатраты при этом способе термообработки составляют около 1,7 человек-часов на 1 м² фанеры.

В последнее время указанные  устройства несколько модернизировали. Мотовилу сообщено принудительное движение от электродвигателя или гидропривода с помощью зубчатой передачи. Благодаря  увеличению разницы в уровнях  загрузочной и разгрузочной сторон загрузка и выгрузка чураков значительно  облегчены. Объем бассейна увеличен в 1,8 раза.

Для нагрева сырья могут  служить и обычные бассейны (без  мотовил), в которые чураки загружаются с помощью специальных металлических контейнеров, перемещаемых подъемным краном. Это позволяет освободить обслуживающий персонал от сравнительно тяжелой физической работы, благодаря чему производительность труда увеличивается в несколько раз.

Сырье крупного диаметра помещается в бассейн и выгружается из него с помощью подъемного крана  без применения контейнеров, будучи увязанным в пучок.

В некоторых странах, например в Финляндии, гидротермическая обработка  сырья производится в специально выделенных частях естественных водоемов, на берегах которых располагаются  заводы, изготовляющие клееную слоистую древесину. Этот участок водоема  отделяют стенками из шпунтованных досок  или другого материала. Заключенная  в нем вода с помощью специальных  устройств подогревается до 35–40 °С конденсатом, отработанным паром, горячим воздухом или дымовыми газами от роликовых сушил или других агрегатов. Равномерный нагрев кряжей в таких устройствах осуществляется за 2–3 суток. Этот способ отличается высокой экономичностью.

Режим тепловой обработки. Качество тепловой обработки определяется ее режимами, основным фактором которых является длительность нагрева, зависящая от размера чураков, начальной их температуры, температуры нагревающей среды, физических свойств древесины, требуемой степени нагрева и т. д.

Установлено, что коэффициент 2k является функцией некоторого безразмерного  коэффициента, называемого критерием, который в свою очередь зависит от коэффициента температуропроводности (n), продолжительности тепловой обработки (r), радиуса чурака и отношения расстояния от центра до интересующей нас точки «r» к радиусу нагреваемого чурака.

Графическая зависимость  коэффициента 2k от критерия «п» представлена на рисунке 2:

 

 

Рисунок 2 – Графическая зависимость коэффициента 2k от критерия «п»

 

Каждая из приведенных  на рисунке кривых соответствует  определенному отношению 

 

t = t₁ – 2k×(t₁– t₀)                                                        (2)

 

Коэффициент температуропроводности является мерой скорости, с которой древесина изменяет температуру в процессе ее нагревания и охлаждения; величина его зависит от породы древесины, ее температуры и влажности (таблица 1):

Таблица 1 – Зависимость  коэффициента температуропроводности от породы древесины и влажности

Влажность древесины, %	Коэффициент теплопроводности поперек волокон, м3/ч по породам
	береза	сосна	дуб
10	0,00070	0,00067	0,00073
20	0,00066	0,00064	0,00071
40	0,00062	0,00058	0,00066
60	0,00059	0,00054	0,00063
80	0,00055	0,00050	0,00060
100	0,00052	0,00047	0,00057
120	0,00047	0,00045	0,00053

 

z = n×R²/2                                                            (3)

 

Из формулы 3 видно, что продолжительность нагрева чураков (z) пропорциональна квадрату их радиуса (R) и обратно пропорциональна коэффициенту температуропроводности (n). Первое говорит о необходимости сортировки чураков по диаметрам и их раздельной тепловой обработки. Весьма желательна также выдержка чураков перед загрузкой в лущильные станки в течение 1–2 ч для выравнивания температуры по их сечению.

Чурак нагревается тем быстрее, чем меньше разница между начальной его температурой и температурой нагревающей среды и чем выше температура последней. Температура теплоносителя может быть: в варочном бассейне с мотовилом в весенне-осенний период – 50–70 °С; в зимний – 70–90 °С; в открытых варочных бассейнах – 30–40 °С; в парильных ямах – 100–105 °С; в автоклавах – 130–140 °С.

 

Приведенные выше выражения  для t и z (формулы 2 и 3), а также графическая зависимость коэффициента 2k от критерия (n) (рисунок 2) позволяют:

– определять время нагрева чураков до желаемой температуры t в интересующей нас точке поперечного сечения чурака;

– определять температуру в любой точке поперечного сечения при заданном времени его нагрева.

 

Примеры расчета:

Решение первой задачи следующее:

По заданной температуре  t нагрева интересующей нас точки поперечного сечения чурака (например, лежащей на поверхности карандаша), температуре нагревающей среды t₁ и начальной температуре чурака t₀, определяют t = t₁ – 2k×(t₁– t₀)

Определяют критерии n.

Выбрав коэффициент температуропроводности (n) в зависимости от породы древесины и ее влажности, а также зная радиус чурака, по формуле определяют время нагрева в часах.

Для березовых чураков  диаметром 20–35 см при начальной их температуре 10–20 °С и указанной ранее температуре среды время нагрева может составить от 1,5 до 12 ч.

Существует также второй метод определения времени гидротермической обработки чураков перед лущением.

В холодное время года, когда  температура древесины ниже нуля, с помощью второго метода можно  определить время полного оттаивания древесины, т. е. достижения в центре чурака температуры 0 °C:

 

z = D²×q×k×r/(16×mu×t₁)                                                (4)

 

где D – диаметр нагреваемого сортимента, м;

      q – удельный расход тепла на оттаивание древесины;

      t₁ – коэффициент теплопроводности оттаявшей древесины, ккал/м;

      mu – температура нагревающей среды;

      k – коэффициент, учитывающий начальную температуру древесины;

 

Удельный расход тепла  на оттаивание древесины (q) определяется по формуле 5:

 

q = 80×nu_усл×(W–15)/100                                                 (5)

 

где W – влажность древесины, %;

      nu_усл – условный объемный вес древесины, кг/м³ (определяется из таблицы 2).

 

Таблица 2 – Коэффициент  теплопроводности оттаявшей древесины

Порода древесины	Условный объемный вес древесины, кг/м3	Коэффициент теплопроводности оттаявшей древесины, ккал/м·ч·°С
		t1=35–40 °С			t1=60–65 °С			t1=70–75 °С
		W=70–75%	W=90–100%	W=110–130%	W=70–75%	W=90–100%	W=110–130%	W=70–75%	W=90–100%	W=110–130%
Береза	510	0,28	0,317	0,36	0,293	0,33	0,375	0,30	0,345	0,39
Бук	570	0,324	0,365	0,415	0,34	0,38	0,43	0,35	0,40	0,45
Ольха	420	0,24	0,27	0,31	0,25	0,28	0,32	0,26	0,29	0,33
Сосна	430	0,245	0,275	0,315	0,255	0,29	0,33	0,265	0,30	0,34
Лиственница	560	0,31	0,35	0,40	0,33	0,37	0,42	0,34	0,39	0,43