СУШИЛКА ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Техническое решение - полезная модель относится к устройствам для сушки различных капиллярно-пористых материалов, преимущественно изделий из древесины. Изобретение может быть использовано в лесной, деревообрабатывающей, судостроительной, машиностроительной, строительной и других отраслях промышленности для сушки лущеного или резанного древесного шпона, тканей и бумаг.
Известна сушилка листовых материалов, применяемая для сушки древесного шпона [1]. В ней реализована вакуумная сушка капиллярно-пористых материалов, включающая нагревание материала и вакуумирование.
Недостатками известного устройства является конструктивная и технологическая сложность, длительность осуществления процесса.
Вместе с тем известно, что энергетическое воздействие на технологический процесс сушки различных капиллярно-пористых материалов, преимущественно изделий из древесины, может осуществляться с применением ультразвуковых колебаний высокой интенсивности [2, 3].
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству является сушилка листовых материалов [4], принятая за прототип.
Сушилка листовых материалов, принятая за прототип, включает узел протяжки листового материала и устройство энергетического воздействия на его поверхность.
Устройство энергетического воздействия представляет собой неприводной вал, к которому присоединен излучатель ультразвука. При этом передача ультразвуковых колебаний на высушиваемый материал осуществляется через массивный металлический вал, который не способен совершать колебания с высокой амплитудой и передавать колебания высокой амплитуды в высушиваемый материал.
Основные существенные недостатки прототипа заключаются в следующем:
- излучатель подводит ультразвуковые колебания не напрямую к высушиваемому изделию, а через неприводной вал, что приводит к большим потерям ультразвуковой энергии в обрабатываемом материале изделия и снижению эффективности энергетического воздействия;
- неприводной вал имеют цилиндрическую форму, вследствие чего область воздействия ультразвуковых колебаний (зона введения колебаний) представляет прямую линию, т.е. площадь контакта, через который колебания вводятся в материал, очень мала;
- неприводной и приводной валы цилиндрической формы установлены соосно с постоянным зазором, равным средней толщине высушиваемого материала. Поэтому, при прохождении листового материала, степень ультразвукового воздействия зависит от изменяющейся в допустимых пределах толщины материала. Это обуславливает неравномерность ультразвукового воздействия и неравномерность сушки.
Таким образом, устройство, принятое за прототип, не позволяет интенсифицировать технологический процесс сушки с максимально возможной эффективностью.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение эффективности сушилки листовых материалов.
В предлагаемом устройстве задача повышения эффективности сушилки листовых материалов обеспечивается за счет:
- выполнения источника энергетического воздействия в виде излучателя, продольно колеблющегося с частотой более 22 кГц и амплитудой не менее 10 мкм;
- непосредственного введения акустической энергии в высушиваемый материал через увеличенную поверхность контакта;
- размещения системы неприводных валов таким образом, что, межосевое расстояние не допускает механического разрушения листового материала, преимущественно шпона, вследствие прогиба;
- выполнения плоской торцевой поверхности излучателя со скругленными краями, позволяющей увеличить область воздействия ультразвуковых колебаний и значительно увеличить количество вводимой энергии;
2
- прижима колеблющейся поверхности рабочего инструмента к одной из поверхностей листового материала с усилием не менее 100 кг/см, что при использовании системы протяжки в виде вращающихся цилиндрических опор, расположенных симметрично относительно рабочего инструмента, исключает разрушающее воздействие на высушиваемый листовой материал.
- размещения системы неприводных валов, выполнения торцевой поверхности излучателя плоской и создаваемого прижима с указанным усилием таким образом, что обеспечивается прогиб и формирование зоны максимального ультразвукового воздействия на высушиваемый листовой материал между валками, что обеспечивает не только высокую эффективность, но и равномерность сушки.
Выбор частоты в 22 кГц обусловлен следующим образом, что приведенное значение, во-первых, входит в разрешенный частотный диапазон промышленного ультразвукового оборудования; во-вторых, является энергетически выгодным для создания ультразвукового воздействия по сравнению с более высокими частотами; в-третьих, на указанной частоте происходит меньшее затухание колебаний, и ультразвуковое воздействие осуществляется не только в непосредственной близости от колеблющейся поверхности рабочего инструмента, но и по всему высушиваемому листовому материалу.
Энергетическое воздействие с амплитудой не менее 10 мкм обусловлено тем, что при меньших ее значениях не обеспечивается проникновение ультразвуковых колебаний вглубь высушиваемого листового материала, и процесс сушки замедляется.
2
Усилие прижима не менее 100 кг/см выбрано исходя из обеспечения необходимого и достаточного акустического контакта между излучающейся поверхностью рабочего инструмента и высушиваемым листовым материалом. При указном усилие прижима и выбранном расстоянии между валиками происходит прогиб высушиваемого листового материала без его механического разрушения. В таком случае зона введения колебаний представляет собой участок цилиндрической поверхности с радиусом кривизны излучающей поверхности рабочего инструмента.
2
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в известной сушилке листовых материалов, включающей узел протяжки листового материала и устройство энергетического воздействия на его поверхность, устройство энергетического воздействия выполнено в виде продольно колеблющегося с частотой более 22 кГц и амплитудой не менее 10 мкм пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя, включающего контактирующий с поверхностью материала рабочий инструмент со скругленными краями, длина которого соответствует ширине протягиваемого материала. Сушилка снабжена устройством прижима, обеспечивающим прижим колеблющейся поверхности рабочего инструмента к одной из поверхностей листового материала с усилием не менее 100 кг/см, устройство протяжки выполнено в виде вращающихся цилиндрических опор, расположенных симметрично относительно рабочего инструмента на расстоянии, превышающем ширину колеблющейся поверхности инструмента.
Достигаемым техническим результатом является повышение эффективности сушилки за счет увеличения энергетического воздействия ультразвуковыми колебаниями без увеличения разрушающего воздействия излучателя на высушиваемый листовой материал.
Сущность предложенного технического решения поясняется фиг.1.
На фиг.1 схематично показана сушилка листового материала.
Предлагаемое устройство состоит из узла протяжки, в виде двух приводных валков 1, 2, обеспечивающих протяжку высушиваемого материала 3. Устройство энергетического воздействия выполнено в виде пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя 4, включающего рабочий инструмент 5 и соединенного с генератором ультразвуковых колебаний 6. Устройство прижима 7, представленное в виде опор, предназначено для прижима колеблющейся поверхности рабочего инструмента к поверхности высушиваемого листового материала. Формирование зоны воздействия обеспечено за счет вращающихся неприводных цилиндрических опор 8, 9.
Работает устройство следующим образом. Две пары приводных валков 1 и 2 протягивают листовой материал 3 с постоянной скоростью. Устройство прижима 7 обеспечивает необходимый и достаточный акустический контакт между излучающей поверхностью рабочего инструмента 5 и листовым материалом 3. Причем расстояние между неприводными цилиндрическими опорами 8 и 9, расположенными симметрично относительно рабочего инструмента, выбирается таким образом, что радиус прогиба высушиваемого материала не превышал радиус кривизны излучающей поверхности рабочего инструмента при заданном усилии прижима. Ультразвуковая колебательная система, состоящая из пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя 4 и рабочего инструмента 5, обеспечивает преобразование энергии электрических колебаний в энергию механических колебаний и их ввод в высушиваемый материал 3. Ультразвуковой генератор 6 является источником питания пьезоэлектрической ультразвуковой колебательной системы.
Предложенное устройство прошло испытания в лабораторных условиях малого инновационного предприятия ООО «Центр ультразвуковых технологий» [5] и готовится для серийного производства в 2013 году.
Список литературы, использованной при составлении заявки
1. Способ сушки капиллярно-пористых материалов, способ сушки изделий из древесины и устройство для сушки изделий из древесины, преимущественно древесного шпона [Текст]: пат. 2168127 Российская Федерация: МПК F26B 7/00, F26B 5/02, F26B 5/04, F26B 3/34 / Валягин А.Д.; заявитель и патентообладатель Валягин А.Д. - заяв. 02.07.1999; опубл. 27.05.2001.
2. Расев, А.И. Сушка древесины [Текст] / А.И.Расев. - М.: МГУЛ, 2000. - 228 с.
3. Кречетов, И.В. Сушка древесины [Текст] / И.В.Кречетов. - М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 432 с.
4. Способ сушки пиломатериалов и устройство для его осуществления [Текст]: пат. 2134388 Российская Федерация: МПК F26B 3/347, F26B 5/02 / Гордеев В.Ф. и др.; заявитель и патентообладатель Гордеев В.Ф. и др. - заяв. 12.09.1997; опубл. 10.08.1999. - прототип.
5. Хмелев В.Н. Ультразвуковая сушка березового шпона [Текст] / В.Н.Хмелев и др. - Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях: межвузовский сборник 2011 г Бийск: Изд-во БТИ АлтГТУ, 2012. - С.188-192