СПОСОБ ОРИЕНТАЦИИ ДРЕВЕСНЫХ ЧАСТИЦ
METHOD OF WOOD PARTICLE ORIENTATION

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано в производстве древесностружечных плит из ориентированной стружки.
5
Известен способ ориентации древесных частиц, включающий подачу стружки на направляющий орган, выполненный в виде бесконечной нити, и перемещение соседних ветвей направляющего органа в противоположных направлениях [Патент Швейцарии №469558, М.кл B29J 5/00. Verfahren fur die Herstellung von Hoizspanplatten sowie Vorrichtung zur Ausfuhrung des Ver-fahrens. 1969].
5
Известен способ ориентации, реализованный в устройстве для ориентации осмоленных лигноцеллюлозных частиц способ ориентации, включающий подачу стружки на направляющий орган, выполненный в виде бесконечной ленты, и перемещение соседних ветвей направляющего органа в противоположных направлениях [Патент ФРГ №2730403, М.кл B29J 5/04. Vorrichtung zum Ausrichten von mit einem Bindemittel versehenen lignozellulose-haltigen Teilchen. 1980].
Наибольшее количество частиц без засорения устройства будет ориентировано при соотношении
1
h/L=0,5,
1
где h - расстояние между соседними рабочими ветвями направляющего органа (шаг ориентации), м;
L - длина ориентируемой частицы, м.
1
1
1
При соотношении h/L≤0,5 наблюдается засорение гибкого органа частицами, упавшими более чем на две ветви гибкого органа. При соотношении h/L≥0,5 снижается количество ориентированных частиц. В связи с этим существует оптимальное соотношение h/L=0,5.
1
Угол, при котором происходит сход частицы с направляющего органа при оптимальном соотношении h/L [град.]
<mrow><msub><mi>α</mi><mrow><mi>н</mi><mi>а</mi><mi>ч</mi></mrow></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><mn>0,5</mn><mo>=</mo><msup><mrow><mn>30</mn></mrow><mo>∘</mo></msup></mrow>
Частицы, упавшие на направляющий орган под углом от 0 до 30° (относительно направления ориентации), проходят этот уровень без разворота под средним углом 15°, а частицы, упавшие под углом от 30° до 90°, разворачиваются соседними ветвями направляющего органа и в процессе падения разворачиваются до угла, близкого к нулю. Считая, что сектор от 0 до 30° составляет 33,3% от четверти окружности, а сектор от 30° до 90° - 66,6%, получим средний угол ориентации частиц:
ср1
α=0,333·15°+0,666·0=5°.
Таким образом, без учета погрешности ориентирования угол укладки частиц в ковре составляет не менее 5°. С учетом погрешности ориентирования, определяющейся погрешностью длины и формы древесных частиц, неточностью поддержания скорости направляющего органа и т.д., данный угол будет больше.
1
Известен также способ ориентации древесных частиц, включающий подачу стружки на направляющий орган верхнего уровня и перемещение соседних ветвей этого органа в противоположных направлениях со скоростью V [Патент РФ №2315689, МПК B27N 3/14. Способ ориентации древесных частиц, 2008, БИ №3].
Недостаток известного способа заключается в том, что угол ориентации частиц также не может быть меньше 5°, что снижает прочность изготовляемой плиты.
Изобретение решает задачу повышения качества ориентации древесных частиц.
Техническим результатом от использования изобретения является повышение качества ориентации за счет минимизации угла ориентации древесных частиц, что повышает прочность изготовляемых древесностружечных плит.
1
Это достигается тем, что в способе ориентации древесных частиц, включающий подачу стружки на направляющий орган верхнего уровня и перемещение соседних ветвей этого органа в противоположных направлениях со скоростью V, согласно изобретению, стружку подают на дополнительный нижний уровень, расстояние между соседними ветвями направляющего органа которого устанавливают вдвое меньшим расстояния между соседними ветвями направляющего органа верхнего уровня, а перемещение направляющего органа нижнего уровня осуществляют со скоростью (м/с), определяемую по формуле:
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mn>0,2413</mn><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>H</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>H</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow></msqrt><mo>⋅</mo><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
где H - расстояние между верхним и нижним уровнями, м;
2
H - расстояние между нижним уровнем и серединой слоя формируемого стружечного ковра, м;
Заявляемый способ ориентации древесных частиц отличается подачей древесных частиц на дополнительный нижний уровень, расстояние между соседними ветвями направляющего органа которого устанавливают вдвое меньшим расстояния между соседними ветвями направляющего органа верхнего уровня, а скорость перемещения направляющего органа нижнего устанавливают в зависимости от скорости перемещения направляющего органа верхнего уровня, расстояния между уровнями и расстояния между нижним уровнем и серединой слоя формируемого стружечного ковра, за счет чего угол укладки частиц в ковре сокращается.
На фиг.1 представлена схема ориентации верхнего уровня, на фиг.2 - схема ориентации нижнего уровня.
Формула, связывающая скорости перемещения направляющих органов разных уровней, при которых происходит наиболее полная ориентация частиц, выведена автором впервые.
Способ осуществляют следующим образом.
1
Направляющий орган верхнего уровня перемещают с известной скоростью V (м/с)
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>0,0193</mn><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msqrt><mrow><msub><mi>H</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msqrt></mrow></mfrac><mi>arcsin</mi><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>L</mi></mfrac><mo>=</mo><mn>0,0193</mn><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msqrt><mrow><msub><mi>H</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msqrt></mrow></mfrac><mi>arcsin</mi><mn>0,5,</mn><mtext>                                          </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
1
где H - расстояние между верхним и нижним уровнями направляющих органов, м.
Древесные частицы с подают на направляющий орган. Соседние ветви направляющего органа, двигаясь в противоположных направлениях, придают частицам вращение. Частицы разворачиваются до момента их укладки на направляющий орган нижнего уровня. При перемещении направляющего органа со скоростью, определяемой из выражения (1), частицы имеют угол укладки не менее 5°.
Максимальный угол, с которым частицы, не получившие вращения от направляющего органа верхнего уровня, достигают нижнего уровня составляет 30°. Для исключения засорения направляющего органа нижнего уровня при максимально возможном числе ориентированных частиц должно выполняться условие
<mrow><msub><mi>h</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>L</mi><mn>2</mn></mfrac><mi>sin</mi><msup><mrow><mn>30</mn></mrow><mo>∘</mo></msup><mo>=</mo><mfrac><mi>L</mi><mn>4</mn></mfrac><mo>.</mo><mtext>                                                                                           </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
2
1
Таким образом, расстояние между соседними ветвями направляющего органа нижнего уровня должно быть вдвое меньше расстояния между соседними ветвями направляющего органа верхнего уровня (h=0,5·h).
2
Направляющий орган нижнего уровня перемещают с известной скоростью V (м/с)
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mn>0,0193</mn><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msqrt><mrow><msub><mi>H</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msqrt></mrow></mfrac><mi>arcsin</mi><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mi>L</mi></mfrac><mo>=</mo><mn>0,0193</mn><mfrac><mrow><msub><mi>h</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msqrt><mrow><msub><mi>H</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msqrt></mrow></mfrac><mi>arcsin</mi><mn>0,25,</mn><mtext>                                        </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
2
где H - расстояние между нижним уровнем и серединой слоя стружечного ковра, м;
2
1
Разделив (3) на (1) с учетом того, что h=0,5·h, получим
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mn>0,2413</mn><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>H</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>H</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow></msqrt><mo>⋅</mo><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub><mo>.</mo><mtext>                                                                                       </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>4</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Формула (4), связывающая скорости перемещения направляющих органов верхнего и нижнего уровней и высоты падения частиц, выведена автором впервые.
Частицы, упавшие на направляющий орган нижнего уровня под углом от 0 до 14,48°=arcsin 0,25, проходят этот уровень без разворота со средним углом 7,24°, а частицы, упавшие под углом от 14,48° до 90°, разворачиваются соседними ветвями направляющего органа нижнего уровня и в процессе падения до поверхности ковра разворачиваются до угла, близкого к нулю. Считая, что сектор от 0 до 14,48° составляет 16,1% от четверти окружности, а сектор от 14,48° до 90° - 83,9%, получим средний угол ориентации частиц (без учета погрешности ориентирования):
ср2
α=0,161·7,24°+0,839·0=1,17°.
Таким образом, средний угол укладки частиц в стружечный ковер (без учета погрешности ориентирования) уменьшается с 5° до 1,17°.
Из ориентированной таким способом стружки на формирующем транспортере формируют верхний и нижний слои стружечного ковра, который прессуют.
Пример осуществления способа.
1
1
На ориентирующем устройстве с одним уровнем ориентации была сформирована партия стружечных брикетов из стружек, имевших среднюю длину L=80 мм. Высота размещения направляющего органа над формирующим транспортером составляла H=0,2 м, расстояние между ветвями направляющего органа h=0,5·L=0,04 м.
Скорость перемещения направляющего органа рассчитывалась по формуле (1):
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>0,0193</mn><mfrac><mrow><mn>0,04</mn></mrow><mrow><msqrt><mrow><mn>0,2</mn></mrow></msqrt></mrow></mfrac><mi>q</mi><mi>arcsin</mi><mn>0,5</mn><mo>=</mo><mn>0,052</mn><mtext> м/с</mtext></mrow>
1
2
2
1
В ориентирующем устройстве был размещен дополнительный уровень ориентации, и была сформирована партия стружечных брикетов из стружек той же длины. Высота от направляющего органа верхнего уровня до направляющего органа нижнего уровня составляла H=0,2 м, высота от направляющего органа нижнего уровня до формирующего транспортера составляла H=0,2 м, расстояние между ветвями направляющего органа нижнего уровня h=0,5·h=0,02 м.
1
Скорость перемещения направляющего органа верхнего уровня составила V=0,052 м/с, а скорость перемещения направляющего органа нижнего уровня рассчитывалась по формуле (4):
<mrow><msub><mi>V</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mn>0,2413</mn><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>H</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>H</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow></msqrt><mo>⋅</mo><msub><mi>V</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>0,2413</mn><msqrt><mrow><mfrac><mrow><mn>0,2</mn></mrow><mrow><mn>0,2</mn></mrow></mfrac></mrow></msqrt><mo>⋅</mo><mn>0,052</mn><mo>=</mo><mn>0,013</mn><mtext> м/с</mtext></mrow>
ср
i
i
Средневзвешенный угол ориентации α определялся как сумма произведений средних углов отклонения α на долю частиц γ на участке:
<mrow><msub><mi>б</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mn>1</mn><mn>5</mn></munderover><mrow><msub><mi>б</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>г</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mstyle></mrow>
Например, для одного уровня ориентации
ср
α=3·0,52+10·0,23+17·0,14+24·0,08+36,5·0,03=9,3 [град]
Измерение углов отклонения частиц относительно направления ориентации производилось для всех полностью видимых частиц на верхней поверхности пакетов на участках площадью 300-300 мм при помощи транспортира. Погрешность измерения составляла не более 1%.
Усредненные результаты по 12 измерениям представлены в таблице.
Таблица
Пределы отклонения частиц от оси ориентации, град
Средний угол отклонения α<sub>i</sub>, град
Доля частиц на участке γ<sub>i</sub>, %
Одни уровень ориентации
Два уровня ориентации
0-6
3
52
82
7-13
10
23
14
14-20
17
14
4
21-27
24
8
0
28-45
36,5
3
0
Средневзвешенный угол ориентации α<sub>ср</sub>, град
9,3
4,5
Результаты экспериментов показывают, что наименьший угол ориентации частиц наблюдается в плитах, сформированных при помощи двух уровней направляющих органов. Соотношение скоростей перемещения этих органов и расстояния между их ветвями рассчитаны по формулам, предложенным автором. Изобретение позволяет повысить качество ориентации древесных частиц и повысить прочность древесностружечных плит из ориентированной стружки.