УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ ДРЕВЕСНЫХ ЧАСТИЦ
DEVICE FOR WOOD PARTICLES ORIENTATION

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано в производстве древесностружечных плит из крупноразмерной ориентированной стружки.
Известен плоский сепаратор для щепы, включающий размещенные на различных уровнях решетки (сита), выполненные с возможностью вибрации [Мелони Т. Современное производство древесностружечных плит и древесноволокнистых плит: пер. с англ. В.В.Амалицкого и Е.И.Карасева. - М.: Лесн. пром-сть, 1982. - 416 с., страница 199].
Известна механическая сортировочная машина, включающая размещенные на различных уровнях сита, выполненные с возможностью «качательного» движения в горизонтальной плоскости [Справочник по производству древесностружечных плит / Под ред. И.А.Отлев и др. - 2-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Лесн. пром-сть, 1990. - 384 с., страница 185].
Известные устройства предназначены для сепарации, сортировки и фракционирования древесных частиц и не могут быть использованы для их ориентации.
Известно устройство для ориентации древесных частиц, включающее расположенные на двух уровнях в горизонтальных плоскостях гибкие органы [А.с. СССР №1544568, М. кл. B27N 3/14. Устройство для ориентации древесных частиц, 1990, БИ №7].
Данное устройство позволяет расширить диапазон длины ориентируемых частиц, однако не позволяет минимизировать угол угла разброса частиц в стружечном ковре.
2
Известно также устройство для ориентации древесных частиц, которое входит в состав формирующей машины для настила ковра из древесных частиц, включающее размещенные на различных уровнях решетки (фракционирующую и ориентирующую), выполненные с возможностью вибрации [А.с. СССР №574347, М. кл. B29J 5/04. Формирующая машина для настила ковра из древесных частиц, 1977, БИ №36].
В известном устройстве расстояние между соседними струнами решеток (шаг решеток) и количество уровней решеток выбраны произвольно, что не позволяет минимизировать угол разброса частиц в стружечном ковре.
Изобретение решает задачу повышения качества ориентации древесных частиц.
Техническим результатом от использования изобретения является повышение качества ориентации древесных частиц за счет уменьшения угла разброса древесных частиц в стружечном ковре.
Это достигается тем, что в устройстве для ориентации древесных частиц, включающем размещенные на различных уровнях решетки, выполненные с возможностью вибрации, согласно изобретению, шаг (м) решетки i-го уровня выполняют согласно формуле
<mrow><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msup><mi>l</mi><mrow><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>i</mi></msup></mrow>
,
где l - средняя длина частицы (м);
Δl - погрешность длины частицы,
шаг решетки последнего уровня выполняют равным максимальной ширине частицы, а количество уровней выполняют согласно формуле
<mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>lg</mi><mfrac><mn>2</mn><mi>λ</mi></mfrac></mrow><mrow><mi>lg</mi><mfrac><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>l</mi></mrow></mfrac></mrow></mfrac><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow>
,
где λ - отношение длины частицы к ее ширине.
Заявляемое устройство для ориентации древесных частиц отличается выполнением размера шагов решеток и количества уровней решеток в зависимости от средней длины ориентируемых частиц, погрешности этой длины, максимальной ширины частиц и отношения длины частицы к ее ширине, за счет чего частицы укладываются в стружечный ковер с минимальным углом ориентации без засорения устройства.
Повышение качества ориентации достигается за счет выполнения шагов ориентирующих решеток и выполнения количества уровней этих решеток такими, что происходит максимальная ориентация древесных частиц, т.е. минимизируется угол укладки частиц в ковре.
На фиг.1 представлена упрощенная схемы ориентации частиц на первом уровне решеток; на фиг.2 - на втором уровне; на фиг.3 - на третьем уровне; на фиг.4 - на последнем n-ом уровне решеток. На фиг.5 показан поперечный (относительно оси ориентации частиц) разрез решеток.
Устройство для ориентации древесных частиц содержит размещенные на различных уровнях решетки 1, на которых вдоль оси ориентации натянуты струны 2. Решетки 1 выполнены с возможностью вибрации, например, электроприводом с эксцентриковым валом (на фиг. не показан). Шаг решетки 1 (расстояние между соседними струнами) первого уровня составляет
<mrow><msub><mi>h</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
,
где l - средняя длина ориентируемой частицы;
Δl - погрешность длины частицы.
Шаг решетки 1 второго уровня составляет
<mrow><msub><mi>h</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>l</mi></mfrac><mo>⋅</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow>
,
шаг решетки 1 третьего уровня составляет
<mrow><msub><mi>h</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>3</mn></msup></mrow>
,
Шаг решетки 1 i-го уровня оставляет
<mrow><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msup><mi>l</mi><mrow><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>i</mi></msup><mo>.</mo><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
При данных значениях шагов решеток 1 частица максимальной длины (l+Δl), даже падая на первом уровне перпендикулярно струнам 2, не может упасть одновременно на три струны 2. При падении на одну или две струны 2 частица имеет неустойчивое положение, поэтому в условиях вибрации (сотрясения) струн 2 частица проваливается сквозь решетку 1. При этом происходит частичная ориентация частицы и исключается засорение решетки 1 частицами.
Формула (1) величины шага решетки i-го уровня, при которой происходит наиболее полная ориентация частиц без засорения устройства, выведена автором впервые.
Устройство работает следующим образом.
1
Решетки 1 подвергают вибрации. Древесные частицы подают на решетку первого уровня. За счет вибрации частицы разворачиваются и проваливаются на решетку 1 второго уровня под максимально возможным углом α
<mrow><msub><mi>α</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mi>arcsin</mi><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>l</mi></mfrac><mo>=</mo><mi>arcsin</mi><mfrac><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>l</mi></mrow></mfrac></mrow>
1
2
Частицы, упавшие на решетку 1 под более острым углом, проваливаются без разворота. Упав под углом, не превышающим α, частица максимальной длины также не может упасть одновременно на три струны 2 решетки 1 второго уровня. Вследствие вибрации частицы разворачиваются и проваливаются на решетку 1 следующего (третьего) уровня под максимально возможным углом α
<mrow><msub><mi>α</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mi>arcsin</mi><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mi>l</mi></mfrac><mo>=</mo><mi>arcsin</mi><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>l</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow>
На каждом последующем уровне угол ориентации частицы α уменьшается. Углы разброса частиц после прохождения решеток i-го уровня
<mrow><msub><mi>α</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mi>arcsin</mi><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mi>l</mi></mfrac><mo>=</mo><mi>arcsin</mi><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>l</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>i</mi></msup><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Данные углы представлены в таблице 1 для различных значений погрешностей длины частиц Δl.
Таблица 1
Углы разброса частиц
Пройденный уровень
Погрешность длины частицы Δl, %
+10
+20
+30
+40
Угол разброса частиц, град.
1
33,4
36,9
40,5
44,4
2
17,6
21,1
25,0
29,3
3
9,6
12,5
15,9
20,1
4
5,3
7,5
10,3
13.9
n
Шаг последней (нижней) решетки h определяется не длиной l, а максимальной шириной частицы (b+Δb)
n
h=b+Δb,
где b - средняя ширина частицы;
Δb - погрешность ширины частицы.
<mrow><mi>λ</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>l</mi><mi>b</mi></mfrac><mn>6</mn></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mrow><mi>Δ</mi><mi>b</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>λ</mi></mrow>
В [Леонович А.А. Технология древесных плит: прогрессивные решения: Учеб. пособие. - СПб.: Химиздат, 2005. - 208 с., страница 116] для плит OSB установлено рациональное отношение длины к ширине частиц
. Считая, что погрешности Δl и Δb пропорциональны соответствующим размерам частицы, т.е.
, получим
<mrow><msub><mi>h</mi><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mi>λ</mi></mfrac><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Решетка 1 n-ого уровня является самой нижней (n=i), поэтому приравняв (1) и (3), получим
<mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>l</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>=</mo><mfrac><mn>2</mn><mi>λ</mi></mfrac><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Отсюда найдем количество n уровней ориентирующих решеток 1, необходимых для минимизации угла разброса древесных частиц при ориентировании
<mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>lg</mi><mfrac><mn>2</mn><mi>λ</mi></mfrac></mrow><mrow><mi>lg</mi><mfrac><mrow><mi>l</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>l</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>l</mi></mrow></mfrac></mrow></mfrac><mo>+</mo><mn>1.</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Если данное число получается дробным, то его округляют в большую сторону. В таблице 2 представлено количество уровней, необходимых для минимизации угла разброса частиц (n округлено в большую сторону).
Таблица 2
Количество уровней решеток
Отношение длины к ширине частицы А
Погрешность размеров частицы, %
+10
+20
+30
+40
Количество уровней решеток n
4
3
3
3
3
6
3
4
4
5
8
4
4
5
5
10
4
5
5
6
Формулы (1 и 5), связывающие размер шага ориентирующих решеток разных уровней, их количество, среднюю длину древесных частиц, погрешность этой длины и отношение длины к ширине частиц, выведены автором впервые.
При данных величинах шагов ориентирующих решеток и количестве уровней решеток угол ориентации уложенных в стружечный ковер древесных частиц минимален, а прочность изготовляемых древесностружечных плит из ориентированной стружки максимальна.