Простейшие авторегуляторы процессов бездефектной сушки пиломатериалов

ДЕРЕВООБРАБОТКА

рис. 1). Затем с помощью автотрансформатора

- 3 (рис. 2) задаем варьируемую величину силы постоянного тока в обмотке электромагнита

- I (рис. 4), контролируемую по показаниям амперметра - 4. Шаг варьирования величины силы тока составляет 0,32 А. Далее с помощью винтовой передачи - 5 (рис. 1) придаем установленному на каретке - 6 электромагниту горизонтальную силу - F. Значение горизонтальной силы измеряется с помощью динамометра

- 7. Фиксируется максимальное значение этой силы, которое и является искомой величиной усилия притяжения диска круглой пилы - Fnp.

Измерение усилия притяжения диска круглой пилы при варьировании величины воздушного зазора между электромагнитом и пилой осуществляется аналогичным образом, только в этом случае постоянной величиной является сила тока в обмотке электромагнита I = 5,12 A, а варьируемой - величина воздушного зазора - х (рис. 3). Шаг варьирования величины воздушного зазора составляет 0,0002 м.

В программе TableCurve 2D 2.03 проведена статистическая обработка данных, полученных экспериментальным путем, составлены уравнения регрессий (таблица). Графические отображения взаимодействий исследуемых параметров - усилий притяжения диска круглой пилы Fnp от величины воздушного зазора и силы тока в обмотке электромагнита представлены на рис. 3,4.

Экспериментальные исследования взаимодействия параметров электромагнита с величиной усилия притяжения диска круглой пилы показывают, что усилие притяже-

ния возрастает при уменьшении величины воздушного зазора и увеличении силы тока. Диапазон изменения величины усилия притяжения при варьировании величины воздушного зазора от 0 до 0,005 м составляет 830-320 Н, а при варьировании величины силы тока от 0 до 8А усилие притяжения изменяется в диапазоне 0-885 Н. Определение взаимодействий параметров электромагнита с величиной усилия притяжения диска круглой пилы послужит основой для разработки экспериментальной установки и проведения дальнейших испытаний.

Библиографический список

1. Глебов, И.Т. Пиление древесины: учеб. пособие для вузов по специальности 250403 «Технология деревообработки» / И.Т. Глебов. - Екатеринбург: УГЛТУ 2007. - 71 с.

2. Стахиев, Ю.М. Устойчивость и колебания плоских круглых пил / Ю.М. Стахиев. - М.: Лесная пром-сть, 1977. - 267 с.

3. Пат. 2307024 Российская Федерация МПК B 27 B 13/10. Отжимная аэростатическая направляющая ленточной пилы / Прокофьев Г.Ф., Иванкин И.И.; заявитель и патентообладатель Архангел. гос. техн. ун-т. - № 2005139674/03; заявл. 19.12.2005; опубл. 27.09.2007.

4. Пат. 94898 Российская Федерация МПК B 27 B 13/10. Отжимная электромагнитная направляющая круглой пилы [Текст] / Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю. ; заявитель и патентообладатель Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю. - № 2010107641/22 ; заявл. 02.03.2010 ; опубл. 10.06.2010.

5. Method for reducing the kerf width made by a circular saw blade: 5497648 United states patent: B 27b 5/00/ Richard R. Martin; appl. no.199575; filed Feb. 22, 1994; patented Mar. 12, 1996.

ПРОСТЕЙШИЕ АВТОРЕГУЛЯТОРЫ ПРОЦЕССОВ БЕЗДЕФЕКТНОЙ СУШКИ ПИЛОМАТЕрИАЛОВ

И.М. МЕРКУШЕВ, проф. каф. технологии мебели и изделий из древесины МГУЛ, канд. техн. наук

caf-mebel@mgul.ac.ru

регуляторы, используемые в паро-водяных системах теплоснабжения калориферов в противоточных лесосушильных камерах типа «Валмет» и СП-5КМ. В них используются манометрические регуляторы температуры прямого действия как автостабилиза-

а. Манометрические регуляторы температуры

Среди различных средств автоматического управления сушильными процессами определенный интерес вызывают авто-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011

125

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рис. 1. Манометрический автостабилизатор температуры сушильного агента прямого действия на стандартном паровом клапане

торы температуры, состоящие из устройства настройки, термобаллона и бронированного капилляра, соединяющего его с исполнительным механизмом (вентилем). Термобаллон помещают в магистраль горячей воды, а сам регулятор с вентилем устанавливают на паровой магистрали, подающей пар в теплообменник. Зона нечувствительности (минимальная погрешность) такого регулятора составляет ± 3 о С. Регулировать температуру сушильного агента таким прибором непосредственно на паровых системах теплоснабжения не представляется возможным из-за неразвитой поверхности теплообмена термобаллона.

Автором разработан ряд манометрических регуляторов температуры сушильного агента прямого действия с разным функциональным назначением, от стабилизаторов

I И 5

Рис. 2. Манометрический автостабилизатор температуры сушильного агента с нестандартным корпусом: 1 - паропровод; 2 - корпус исполнительного органа; 3 - плунжер; 4 - сальник; 5 - гидроцилиндр; 6 - термодатчик; 7 - настроечный шток; 8 - головка; 9 - ручка

температуры до программных регуляторов процесса сушки. Один из простейших автостабилизаторов температуры представлен на рис. 1. В нем устройство настройки смонтировано непосредственно на корпусе существующего парового клапана, на паропроводе, подводящем пар к калориферам. Термодатчик выполнен в виде тонкой длинной трубки из нержавеющего металла, укрепленной по всему внутреннему периметру сушильной камеры.

На корпусе 1 с выступающим штоком клапана 2 навинчен хомут исполнительного механизма 3. К штоку клапана посредством муфточки 4 присоединен плунжер 5, входящий сквозь сальник 6 в настроечный гидроцилиндр исполнительного органа 7. В него нижним гладким концом входит настроечный

126

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011

ДЕРЕВООБРАБОТКА

шток 8 сквозь верхний сальник 9. Верхней частью шток ввинчен сквозь резьбу в головку регулятора 10 со шкалой температуры на ее поверхности. На конце штока закреплена рукоятка с двумя стрелками 11. Сбоку с цилиндром 7 соединен термодатчик 12, пропущенный сквозь стену камеры в зону сушки, заполненный термоактивной жидкостью, например, дистиллированной водой, и загерметизированный пробочкой 13. Прибор настраивают на требуемую температуру поворотом рукоятки со стрелками11 по шкале на головке регулятора 10 .

В процессе работы при изменении температуры сушильного агента рабочая жидкость в термодатчике 12 расширяется (или сжимается) и, воздействуя через плунжер 5 на клапан, перекрывает (или приоткрывает) подачу теплоносителя в калориферы. Температура стабилизируется на заданном уровне. Такой термодатчик с очень развитой площадью поверхности нагрева при ничтожно малой тепловой инерции сводит погрешность прибора практически к нулю.

Вариант простейшего манометрического автостабилизатора температуры (рис. 2) применительно к паровым либо водяным теплоносителям содержит устройство настройки в комбинации с нестандартным корпусом. Его устройство и принцип работы аналогичны описанному выше. Его легко изготовить на любом деревообрабатывающем предприятии.

б. Программные авторегуляторы температуры

Режимы бездефектной сушки пиломатериалов требуют плавного изменения температурно-влажностных параметров сушильного агента в камере. Данная проблема может быть решена с помощью несложного устройства - программного авторегулятора температуры сушильного агента (рис. 3 и 4). Он, как и манометрический регулятор прямого действия, содержит термодатчик, настройщик температуры и исполнительный орган.

Прибор (рис. 3, фиг.1) содержит корпус 1, на центральной оси которого смонтирован диск 2, вся площадь которого покрыта вне-

шним и внутренним электродами с замкнутой программной дорожкой на нейтральном поле между ними 3. На кронштейне со шкалой скорости вращения диска 4 смонтирован ползунок со стрелкой 5 на ходовом винте 6. Сбоку к корпусу 1 прикреплен приводной механизм 7 с валиком квадратного сечения 8, параллельным оси и плоскости диска. На валик 8 насажен по ходовой посадке фрикционный ролик 9, прижимаемый к диску 2. Снизу к корпусу 2 прикреплен червячный редуктор, приводной червяк которого 10, способный вращаться от реверсивного привода, сцеплен с червячным колесом 11. Колесо навинчено на шток механизма настройки 12, способный перемещаться вверх-вниз (без вращения) в плоских направляющих 13, и сквозь сальник входит в гидроцилиндр 14. К нему прикреплен сбоку обоими концами термодатчик 15, а снизу корпус исполнительного механизма 16. В гидроцилиндр 14 снизу сквозь сальник 17 входит плунжер клапана 18, способного перекрывать подачу пара в калориферы из паровой магистрали 19. Полости гидроцилиндра 14 и термодатчика 15 заполняют дистиллированной водой и систему плотно герметизируют. В процессе работы диск 2 совершает один полный оборот в течение всего периода сушки с равномерной, заданной по шкале 4, скоростью. При этом электрод на конце штока механизма настройки 12 (в точке К) находится на программной дорожке 3 между внешним и внутренним электродами диска, их не касаясь. При дальнейшем вращении диска 2 происходит соприкосновение внешнего программного электрода 3 с электродом на детали 12, возникает сигнал на включение привода червяного редуктора, и при повороте червячного колеса шток 12 приподнимается, увеличивая объем полости цилиндра 14. Перестроив температуру на более высокий уровень, контакт прерывается, и привод червяка останавливается. При контакте с внутренним программным электродом 3 червяк вращается в обратную сторону, перенастраивая систему на более низкий уровень температуры. Так реализуется процесс автоматической перенастройки температуры строго по заданной программе, выраженной на диске в полярных

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 5/2011

127

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рис. 3. Программный авторегулятор температуры на диске

Рис. 4. Программный авторегулятор температуры на цилиндре: 1 - паропровод; 2 - корпус исполнительного органа; 3- гидроцилиндр; 4 - сальники; 5 - плунжер клапана; 6 - шток настройщика температуры; 7 - квадратный ползунок; 8 - ходовой винт; 9 - контактный электрод; 10 - вертикальные направляющие; 11 - червячное колесо; 12 -червяк; 13 - съемный цилиндр; 14 - электрод (+) контакт-программы; 15-электрод (—) контакт-программы; 16 - часовой механизм вращения шпинделя; 17 - ручка-регулятор; 18 - термодатчик

координатах. На рис. 3 (фиг. 2) она представлена в прямоугольных координатах кривой изменения температуры во времени.

Другой, конструктивно более простой программный авторегулятор температуры с программой на съемном цилиндре, вращающемся с равномерной регулируемой скоростью, показан на рис. 4.

в. Автооператоры сушильного процесса

Манометрический принцип создания программных регуляторов температуры лег в

основу изобретения автооператора процесса бездефектной сушки пиломатериалов. Он основан на воздействии психрометрической разности сушильного агента на изменение его влажности в самоуправляемом процессе бездефектной сушки пиломатериалов. Такой прибор способен выполнять в процессе сушки операции по перенастройке психрометрической разности сушильного агента с очень медленным начальным и прогрессивно наращиваемым ее возрастанием к концу процесса, особенно там, где отсутствует технологичес-

128

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011

ДЕРЕВООБРАБОТКА

кии пар, как, например, в камерах с аэродинамическим нагревом воздуха.

Автооператор процесса бездефектной сушки пиломатериалов (рис. 5) содержит в сушильной зоне камеры два термодатчика из тонких длинных трубок с загерметизированными воронками 1 для заполнения их термоактивной жидкостью. Верхняя трубка 2 подвешена вдоль стен внутренней зоны сушильной камеры, выведена за ее пределы и соединена с гидроцилиндром 3 на средней перемычке вертикальной рамки 4, прикрепленной к стене камеры. На шток 5 опирается рабочий противовес 6 в виде рамки из двух массивных квадратов с двумя перемычками. Другой термодатчик в виде змеевика 7 уложен в теплоизолированную плоскодонную ванночку 8 с дистиллированной водой, подводимой по трубке 9 из емкости 10, и покрыт марлевой водоподсасывающей тканью. Он также выведен за пределы камеры и соединен с другим гидроцилиндром 11, упирающим своим штоком 12 снизу в среднюю перемычку рабочего противовеса 6 и опирающимся через шарнирный шатун 13 на хвостовик 14 тяжелого поворотного регулировочного клапана 15 в корпусе 16 приточного канала вентиляционной системы камеры. Механизм настройки выполнен в виде полукруглой задвижки 17, выдвигаемой сквозь дугообразную прорезь в боковой стенке корпуса с радиусом, равным радиусу поворотного регулировочного клапана. Настроечная задвижка 17 способна изменять площадь живого сечения для прохода свежего воздуха между ней, регулировочным клапаном 15, верхней и боковой стенками корпуса 16, в зависимости от базисной плотности и толщины высушиваемых пиломатериалов.

Автооператор сушильного процесса прост в устройстве и может быть изготовлен силами механической мастерской любого деревообрабатывающего предприятия. Он не требует высокой квалификации оператора при обслуживании. Его внедрение в сушильный процесс, особенно таких лесосушилок, где нет пара на влаготеплообработку, может принести экономический эффект за счет существенного улучшения качества сушки без вмешательс-

ломатериалов по психрометрической разности сушильного агента

тва оператора в сушильный процесс самоуправляемыми режимами бездефектной сушки пиломатериалов. Перед началом работы автооператор настраивают по шкале базисной плотности и толщине пиломатериалов на выпуклой поверхности настроечной задвижки, заправляют дистиллированной водой емкость 10 и покрывают поверхность термодатчика 7 чистым марлевым чехлом. В начале прогрева материала, когда воздух в камере насыщен влагой, температура сушильного агента, на которую реагирует верхний сухой термодатчик, и температура предела охлаждения при испарении, на которую реагирует нижний, смачиваемый датчик, возрастает одинаково. При этом жидкость в обоих цилиндрах воздействует на систему поворотного регулировочного клапана в противоположных направлениях с одинаковой интенсивностью. По мере снижения влажности сушильного агента температура по смачиваемому термодатчику будет отставать

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011

129

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рис. 6. Программный регулятор процесса бездефектной сушки пиломатериалов на подштабельной тележке

от температуры по сухому датчику и регулировочный клапан среагирует на его закрытие со скоростью, зависящей от настройки системы, обеспечивая медленно прогрессирующий рост психрометрической разности сушильного агента, соответствующий самоуправляемому режиму бездефектной сушки пиломатериалов.

Программные авторегуляторы температуры сушильного агента легко изготовить силами механической мастерской любого деревообрабатывающего предприятия. Их внедрение в сушильный процесс повысит качество сушки пиломатериалов за счет обеспечения процесса строго по рациональным режимам без применения рабочей силы высококвалифицированных специалистов.

г. Программные авторегуляторы процесса бездефектной сушки пиломатериалов

Для обеспечения бездефектной сушки пиломатериалов по рациональным режимам необходимо знать среднюю влажность пиломатериалов в штабеле в течение всего периода сушильного процесса. Самым рациональным методом измерения средней влажности пиломатериалов в штабеле является весовой. Наиболее надежное и точное в измерении средней текущей влажности пиломатериалов в штабеле устройство по патенту на полезную модель № 97495 от 01.03.2010 г. основано на рычажном массовлагомере, настраиваемом по массе сухой древесины в штабеле, равной произведению не изменяющихся в процес-

се сушки параметров — начальному объему пиломатериалов в штабеле на их базисную плотность. На базе этого метода автором разработана серия программных авторегуляторов сушильного процесса.

Для создания программного регулятора процесса бездефектной сушки пиломатериалов на подштабельной тележке на базе рычажного массовлагомера потребовалось оборудовать устройство командной электрической системой подачи сигнала на включение-выключение калориферов в камере путем замыкания двух контактных электродов в цепи управления. Один из электродов - контакт-программа - выполнен на планшете в виде кривой изменения текущей влажности пиломатериалов во времени. Он прикрепляется к рычажной системе массовлагомера и способен по мере высыхания пиломатериалов медленно перемещаться вверх, подавая сигнал на снижение интенсивности нагрева калориферов от соприкосновения с другим электродом - контакт-стрелкой. Контактстрелка медленно, с равномерной регулируемой скоростью перемещается по горизонтальному винту от электрочасового механизма и при разрыве контакта подает сигнал на включение калориферов.

На рис. 6 показан программный авторегулятор процесса бездефектной сушки пиломатериалов. Подштабельная платформа 1 с фартуком 2 опирается на рычажную систему 3, подвешенную через тягу 4 к короткому плечу коромысла 5 массовлагомера, закреплен-

130

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рис. 7. Программный напольный рычажный авторегулятор процесса бездефектной сушки пиломатериалов в штабеле: 1 - четыре призмы; 2 - рельсовая платформа с двумя длинными призмами; 3 - два промежуточных коромысла; 4 - ролик; 5 - центральная призма; 6 - центральное коромысло; 7 - тяга; 8 - коромысло массовлагомера; 9 - ось кронштейна; 10 - стена; 11- противовес массы сухой древесины в штабеле; 12- контакт-стрелка; 13 - электрочасовой механизм; 14 - цилиндр с контакт-программой; 15 - ручка настройки скорости вращения контакт-программы; 16 - подштабельная тележка

ного на фартуке 2 в шарнире 6. На длинное плечо коромысла 5 со шкалой массы сухой древесины в штабеле навинчен противовес 7. На фартуке 2 смонтирован часовой механизм 8, обеспечивающий медленное вращение горизонтального винта 9 с контакт-стрелкой 10 на нем. К тяге 4 прикреплен съемный планшет с контакт-программой 11. Устройство работает следующим образом.

Предварительно настраивают массовлагомер путем установки противовеса 7 по шкале на длинном плече коромысла 5 на массу сухой древесины в штабеле, равную произведению объема пиломатериалов в штабеле на их базисную плотность. Стрелка на конце длинного плеча массовлагомера покажет среднюю начальную влажность пиломатериалов в штабеле на дуговой шкале влажности W, %. Затем настраивают часовой механизм 8 на требуемую скорость движения контактстрелки 10. Приводят ее в левое крайнее положение начала сушки, подводят планшет с контакт-программой к контакт-стрелке и закрепляют его на тяге 4. Включают часо-

вой механизм. При отходе контакт-стрелки от контакт-программы, т.е. при разрыве контактов, включается система нагрева сушильного агента и начинается процесс сушки. По мере снижения массы штабеля контакт-программа поднимается и, коснувшись контактстрелки, прерывает нагрев калориферов или снижает его интенсивность. Так с помощью управления сушильным процессом по программе обеспечивается бездефектная сушка пиломатериалов рациональными режимами, координированными по текущей влажности. Массовлагомер, смонтированный на подштабельной тележке, создает некоторые неудобства в эксплуатации.

Другой вариант рычажного программного авторегулятора с массовлагомером, смонтированным на полу камеры стационарно, показан на рис. 7. Он тоже оборудован командной электрической системой подачи сигнала на включение и выключение калориферов, содержащей два контактных электрода в цепи управления - контакт-стрелку и контакт-программу - и смонтирован стаци-

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 5/2011

131

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рис. 8. Программный напольный гидравлический авторегулятор процесса бездефектной сушки пиломатериалов в штабеле: 1 - корпус; 2 - диск со спиральной контакт-программой; 3 - шкала скорости его вращения; 4 - электрочасовой механизм; 5 - валик; 6 - фрикционный ролик; 7 - обойма ползуна; 8 - винт-настройщик; 9 - рукоятка поворотного; 10 - ось; 11 - коромысло массовлагомера с контакт-стрелкой на конце его длинного плеча; 12 - противовес; 13 - внутренняя спиральная контакт-программа; 14 - подвеска; 15 - планка; 16 - четыре штока; 17 - четыре гидроцилиндра; 18 - четыре капилляра: 19 - ниппели;

20 - четыре герметичных резиновых рукава с жидкостью; 22 - подштабельная платформа на четырех рельсах;

21 - два швеллера с параллельными полками

онарно непосредственно на полу сушильной камеры на четырех призмах. В процессе сушки по мере снижения влажности пиломатериалов контакт-стрелка медленно перемещается вверх и при разрыве контактов подается сигнал на выключение калорифера для замедления сушильного процесса. При смыкании контакт-программы с контакт-стрелкой подается сигнал на включение калориферов.

Программный регулятор сушильного процесса на гидравлической подушке также основан на базе рычажного массовлагомера и командной системе подачи сигнала на включение-выключение калориферов и показан на рис. 8.

Программные авторегуляторы скорости бездефектной сушки пиломатериалов конструктивно просты. Эффективность от их внедрения может быть достигнута улучшением качества сушки за счет обеспечения процесса строго по рациональным режимам бездефектной сушки пиломатериалов, координированным по средней текущей влажности. Контроль влажности пиломатериалов в штабеле по их массе и программное ведение процесса наиболее целесообразны для использования в сборно-металлических камерах, которые при изготовлении на машиностроительных заводах могут быть укомплектованы всеми необходимыми устройствами.

132

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2011