АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ЛИНИЯ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ

Полезная модель
Автоматизированная линия сушки пиломатериалов
1. Область техники
Предлагаемая полезная модель относится к технологическим линиям промышленной сушки пиломатериалов различных пород.
2. Уровень техники
Промышленная камерная сушка пиломатериалов это энергоемкий процесс, который во многом определяет качество конечной продукции. Поэтому совершенствование существующих и разработка новых способов и устройств в этой области техники, включая системы и средства автоматического управления, является актуальной технико-экономической задачей.
Анализ научно-технической литературы и патентов ФИПС РФ, за последние десять лет показал, что в этой области выдано около 100 патентов на изобретения и полезные модели, которые содержат технические решения, в основном направленные на совершенствование способов и устройств камерной сушки пиломатериалов. Однако уровень автоматизации технологического оборудования сушки пиломатериалов в настоящее время еще остается низким, так как он ограничен системами стабилизации режимных параметров или системами программного регулирования, что не позволяет осуществлять сушку в оптимальном режиме.
Известна установка для сушки древесины (Установка для сушки древесины. Патент РФ на полезную модель №78911 [1]), со средствами контроля и регулирования температуры нагревательных элементов, температуры и влажности древесины. Эта установка снабжена логическим устройством, позволяющим автоматически изменять заданные значения режимных параметров с учетом запрограммированных функциональных взаимосвязей.
2
Известна так же технологическая линия сушки пиломатериалов (Технологическая линия сушки пиломатериалов. Патент РФ на полезную модель №79651 [2]), состоявшая из валкового многоступенчатого пресса, ленточного транспортера и сушильного устройства в виде конвективной сушильной камеры периодического действия. В сушильный блок представляет собой прямоугольный газоход в виде змеевика с нечетным количеством горизонтальных участков. В многоступенчатом валковом прессе величины горизонтальных межвалковых зазоров в последовательно установленных узлах уменьшаются по линейному закону так, что зазор в последнем узле должен быть меньше толщины пиломатериала на величину усушки.
На наличие в технологической линии валкового пресса, обеспечивает предварительную динамическую опрессовку влажного пиломатериала, в результате которой капиллярная влага из внутренних слоев пиломатериала выдавливается на поверхностные. Это позволяет осуществлять последующую конвективную сушки со значительно меньшими затратами и при достаточно высоком качестве высушенного пиломатериала.
Однако, отсутствие в этой линии средств контроля и регулирования основных технологических параметров не позволяет в полной мере реализовать ее возможности. Так отсутствие устройств контроля действительных значений межвалковых зазоров снижает эффективность опрессовки, а управление процессом сушки по текущему значению влажности высушиваемого пиломатериала [1] не учитывает опасные внутренние напряжения, которые возникают при больших перепадах влажности и могут вызвать растрескивание высушиваемого пиломатериала. Использование стандартных устройств контроля и автоматического регулирования процесса сушки пиломатериалов перечисленные проблемы не решает.
По количеству общих признаков и достигаемому результату технологическая линия сушки пиломатериалов [2] является наиболее близким техническим решением и выбрана в качестве прототипа.
3
3. Сущность полезной модели
Технической задачей является разработка автоматизированной технологической линии сушки пиломатериалов, которая обеспечивала бы более высокое качество сушки пиломатериалов при минимальных затратах за счет использования стандартных и нестандартных средств автоматизации.
В состав автоматизированной линии сушки входят: валковый пресс, ленточный транспортер, конвективная сушильная камера и средства автоматизации.
В рабочей зоне двухступенчатого валкового пресса дополнительно установлены три контактных датчика с чувствительными элементами в виде роликов, которые прижимаются к верхней пласти опрессовываемого пиломатериала пружинами малой упругости. Первый контактный датчик установлен на входе пиломатериала в рабочую зону пресса. Он выдает на индикатор сигнал пропорциональный действительному значению толщины пиломатериала перед опрессовкой. Второй и третий датчики, установленные на входе и выходе второй ступени, служат для измерений величин опрессовок после первой и второй ступеней.
Штоки роликов размещены в сквозных отверстиях верхней опорной плиты пресса и кинематически связаны с датчиками. Сигналы от датчиков подаются на индикатор опрессовки, где они регистрируются, обрабатываются и отображаются на экране. Наличие индикаторов позволит осуществлять текущий контроль величины опрессовки как на первой ступени так и суммарную опрессовку пиломатериала с учетом ее заданного значения и действительного значения начального размера. Это позволит осуществить процесс на более высоком техническом уровне и существенно повысить его эффективность..
В газоходе сушильной камеры помещен стандартный датчик температуры, сигнал от которого поступает в систему автоматического регулирования температуры сушильного агента, состоящую из регулирующего прибора и исполнительного механизма, управляющего 4
режимом работы нагревательных элементов калорифера. Наличие системы автоматического регулирования температуры сушильного агента позволяет поддерживать ее заданное значение при различных внешних воздействиях, как при изменении температуры сушильного агента, так и степени рециркуляции.
С целью нормирования опасных внутренних напряжений, возникающих при интенсивной сушке пиломатериала в сушильной камере, в предлагаемой полезной модели в качестве основного технологического параметра выбран перепад влажности по толщине пиломатериала. Датчиком системы автоматического регулирования перепада влажности является игольчатый градиентомер (Способ измерения перепада влажности в капиллярно-пористом теле. Авторское свидетельство на изобретение №759936, М.: ГК СССР по ДИиО, 7.05.1980 г.) [3], который установлен в сушильной камере на контрольном образце штабеля пиломатериала. В преобразователе градиентомера реализуется зависимость ЭДС вызванной поляризации от перепада влажности по толщине пиломатериала.
Конструктивно чувствительный элемент градиентомера представляет собой рамку с игольчатыми контактами, которые вдавливаются в образец пиломатериала на заданную глубину. В процессе измерений на силовые электроды через определенные интервалы подаются напряжения постоянного тока разных полярностей и по разности напряжений на измерительных электродах определяют перепад влажности.
Функция преобразования игольчатого градиентомера имеет следующий вид:
где: ΔU - результат измерения, соответствующий перепаду влажности;
+-
-+
U, U- установившиеся значения измеряемых напряжений при различных полярностях внешнего электрического поля;
вп
Е - ЭДС вызванной поляризации;
5
2
R - электрическое сопротивление измерительного участка;
1
2
3
(R+R+R) - электрическое сопротивление всего участка.
Сигнал о текущем значении перепада влажности подается на регулирующий прибор, где после сравнения с его заданным значением поступает на исполнительные механизмы регулирующих органов приточно-вытяжных каналов.
Управление процессом сушки с использованием системы автоматического регулирования перепада влажности по толщине высушиваемого пиломатериала вместо традиционного регулирования влажности сушильного агента или влажности пиломатериала повысит уровень автоматизации и даст существенный технико-экономический эффект.
В целом, совокупность признаков ограничительной и отличительной частей предлагаемой полезной модели необходима и достаточна для решения поставленной задачи и в полном объеме ранее нигде не использовалась для решения поставленной или других эквивалентных задач. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критериям существенной новизны и полезности.
Предлагаемая автоматизированная технологическая линия сушки пиломатериалов с устройствами индикаторов опрессовки и градиентомером влажности пиломатериала иллюстрируются чертежами, представленными на фиг. 1, 2.
Фиг. 1 - автоматизированная технологическая линия сушки пиломатериалов
Фиг. 2 - градиентомер влажности пиломатериала.
4. Примеры конкретного выполнения. Пример 1 конкретного выполнения.
Предлагаемая автоматизированная линия сушки пиломатериалов состоит из валкового пресса, ленточного транспортера (на фиг. 1 не показан), конвективной сушильной камеры, устройств контроля опрессовки, регулирования температуры сушильного агента и перепада 6
влажности высушиваемого пиломатериала. Используемый в линии двухступенчатый валковый пресс состоит из приводных валков 2 и неприводных 3. В рабочей зоне пресса в сеч. l,ll,lll дополнительно установлены три контактных датчика GE с чувствительными элементами 4 в виде роликов, которые прижимаются к пласти опрессовываемого пиломатериала пружинами малой упругости (фиг. 1). Штоки роликов размещены в сквозных отверстиях верхней опорной плиты пресса и кинематически связаны с датчиками.
Первый контактный датчик установлен на входе пиломатериала в рабочую зону пресса. Он выдает индикатору опрессовки GRS электрический сигнал пропорциональный положению пласти, т.е. толщине пиломатериала l перед опрессовкой. Второй и третий датчики, установленные на входе и выходе второй ступени, служат для измерений величин опрессовок после первой и второй ступеней.
Положения контактных роликов в вертикальной плоскости определяется величинами пластических деформаций пиломатериала в соответствующих сечениях. При этом разность положений чувствительных элементов датчиков второго и первого сечений равна величине опрессовки на первой ступени, а разность положений чувствительных элементов третьего и первого сечений равна величине суммарной опрессовки.
Оснащение пресса устройствами контроля величин опрессовки пиломатериала после каждой ступени позволяет при необходимости осуществлять технологическую наладку пресса, что повысит технико-экономическую эффективность процесса динамической опрессовки.
Для автоматического регулирования температуры сушильного агента в сушильной камере используются стандартные устройства. В состав этой системы входят: датчик температуры ТЕ, установленный в газоходе сушильной камеры 5, регулирующий прибор IRC и исполнительный механизм 2-3 нагревательного элемента калорифера 6 (фиг. 1).
7
В системе автоматического регулирования перепада влажности по толщине высушиваемого пиломатериала датчиком является игольчатый градиентомер DME, который установлен на контрольном образце штабеля 1. Он содержит держатель 10 с игольчатыми электродами А, В, М, N, которые при помощи рамки 11, винта 12 и рукоятки 13 вдавливаются на заданную глубину в образец пиломатериала 14 (фиг. 2).
1
2
3
вп
Схема вызванной поляризации образца показана на фиг. 2б, где: R, R, R - активные электрические сопротивления рабочих зон, Е - ЭДС вызванной поляризации.
Переключение полярностей внешнего электрического поля на силовых контактах А, В и на измерительных контактах М, N средства измерений, определение перепада влажности и выдача управляющего сигнала на исполнительный механизм 3-3 поворотных заслонок приточно-вытяжных каналов 8, 9 осуществляется регулирующим прибором IRC (фиг. 1).
Для высушиваемого пиломатериала внешнее поляризующее напряжение постоянного тока составляет величину порядка 1,2…1,5 в. Частота переключения полярностей, выбранная с учетом времени стабилизации измеряемых напряжений, находится в диапазоне 4…5 минут.
Оснащение технологической линии сушки пиломатериалов стандартными унифицированными и специализированными автоматическими устройствами контроля опрессовки, регулирования температуры сушильного агента и перепада влажности высушиваемого пиломатериала позволяет осуществлять управление процессами опрессовки и конвективной сушки в оптимальных режимах, что создает условия значительного повышения ее технико-экономической эффективности.
Пример 2 конкретного выполнения
В автоматизированной линия сушки пиломатериалов по примеру 2 в штабеле высушиваемого пиломатериала в зонах различных по интенсивности сушки установлено несколько градиентомерных датчиков, 8
подключенных к программному контроллеру регулирующего прибора системы автоматического регулирования перепада влажности по толщине высушиваемого пиломатериала, что повысит точность и достоверность измерений и регулирования перепада влажности.
5. Промышленная применимость
Опытный образец автоматизированной линии сушки пиломатериалов изготовлен и испытан в экспериментально-технологической лаборатории ФТП ТГПУ.
В 2014 году планируется провести работы по градуировке и аттестации поляризационного градиентомера влажности для различных пород древесины и оптимизации заданных значений технологических параметров опрессовки, температуры сушильного агента, и перепада влажности по толщине высушиваемого пиломатериала.
Источники информации
1. Установка для сушки древесины. Патент РФ на полезную модель №78911
2. Технологическая линия сушки пиломатериалов. Патент РФ на полезную модель №79651
3. Способ измерения перепада влажности в капиллярно-пористом теле. Авторское свидетельство на изобретение №759936, М.: ГК СССР по ДИиО, 7.05.1980 г.