Технология плитных материалов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

МЕЖДУНАРОДНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ КОРПОРАЦИЯ

Еспаева А.С.

ТЕХНОЛОГИЯ ПЛИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебное пособие

По выполнению курсового и дипломного

Проектирования

Алматы 2013

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

МЕЖДУНАРОДНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ КОРПОРАЦИЯ

Еспаева А.С.

ТЕХНОЛОГИЯ ПЛИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебное пособие

По выполнению курсового и дипломного

Проектирования

Алматы 2013

УДК 674.8-41 (07)

ББК

А.С.ЕСПАЕВА к.т.н., ассоц. проф.

Технология плитных материалов: Учебное пособие по выполнению курсового и дипломного проектирования для студентов вузов, обучающихся по специальности «Технология деревообработки» - Алматы: КазГАСА, 2013. – 81с.

ISBN…

Учебное пособие отражает технологию древесных плитных материалов таких, как ДСтП, ДВП, OSB, MDF. Приведены основные свойства и области их применения. Описаны современные технологические режимы выполнения операций и пути интенсификации процессов плитных производств.

Учебное пособие содержит задание на курсовое и дипломное проектирование, необходимые сведения по расчетам сырья, материалов и основного технологического оборудования для производства древесных плит, а также рекомендации по составлению технологических схем и планировочных решений.

Библиограф.6 назв.

УДК

ББК

Печатается по плану издания Казахской головной архитектурно-строительной академии на 2012-2013 уч. год.

Рецензенты: Жакипбеков Ш.Кд.т.н

Тишакова Н.И гл. технолог ТОО «BMG Engineering»

ISBN…

©Казахская головная

архитектурно-строительная

академия, 2013

Введение

Дисциплина «Технология плитных материалов» включает в себя, как составную часть, курсовой и дипломный проекты.

Цель курсового проекта – закрепить и расширить знания, полученные студентами при изучении общеинженерных и специальных дисциплин, а так же привить навыки по разработке и проектированию технологических процессов производства древесных плит. Выполнение курсового проекта дает возможность студенту самостоятельно решать комплекс инженерных задач, связанных с выбором технологического процесса, подбором и расчетом соответствующего технологического оборудования и его размещения в цехах по производству ОСП, МДФ, ДСтП, ДВП и других плит.

Настоящее учебное пособие предназначается для оказания помощи студентам в выполнении проекта. В нем конкретизировано содержание проекта, указана учебная и дополнительная литература, необходимая для его выполнения.

При выполнении курсового проекта следует учитывать, что, несмотря на высокую механизацию и автоматизацию производства древесных плит, имеются значительные резервы по совершенствованию технологического процесса и оборудования. Это дает возможность реконструировать старые предприятия без значительных капитальных вложений, увеличить их производительность, а так же проектировать новые предприятия на базе современных технологий, более производительного автоматизированного оборудования как отечественного, так и зарубежного производства.

Задание на курсовой проект

1.1 Задание

Студенту______________________________

Курса__________________группы_________

Выдано«____»____________________200__г.

Срок окончания«____»_____________200__г.

1.2 Виды производств

Цех(завод) по производству древесностружечных плит(ДСтП).

Цех(завод) по производству древесноволокнистых плит(ДВП).

Цех(завод) по производству (OSB).

Цех(завод) по производству (MDF).

1.3 Характеристика выпускаемой продукции

по маркам,____________________________________

плотность, кг/м³_________________________________

по толщине, мм __________________________________

влажность, % ___________________________________

размеры, мм____________________________________

вид обработки(шлифованные),___________________

1.4 Производственная мощность цеха

________________________________________________

________________________________________________

1.5 Способ производства

_____________________________________________________

1.6 Тип пресса

_____________________________________________________

1.7 Характеристика древесного сырья и его размеры

состав сырья по виду, %___________________________

круглая древесина для технологических нужд ________

________________________________________________

технологическая щепа ____________________________

отходы лесопиления и деревообработки______________

другие виды сырья _______________________________

________________________________________________

________________________________________________

породный состав сырья, %_________________________

сосна ___________________________________________

береза___________________________________________

осина ___________________________________________

тополь___________________________________________

клен_____________________________________________

ель______________________________________________

липа_____________________________________________

бук______________________________________________

кедр_____________________________________________

дуб______________________________________________

лиственница________________________________________

пихта____________________________________________

ольха____________________________________________

1.8 Вид связующего и химикаты

Синтетическая смола(связующее)___________________

Отвердитель_____________________________________

Гидрофобизирующие средства, 1% парафина _________

Эмульсирующие вещества_________________________

Осадители ______________________________________

Вещества для придания специальных свойств _________

_______________________________________________

1.9 Дополнительные данные для выполнения

курсового проекта________________________________

________________________________________________

________________________________________________

Роспись студента и дата выдачи______________________

СОСТАВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из расчетно–пояснительной записки и графической части.

Расчетно–пояснительная записка пишется на одной стороне листа с оставлением полей на левой стороне 35мм (для подшивки) и 15мм – с правой стороны (для заметок при проверке проекта).

Рекомендуемый формат бумаги А4.

Чертежи выполняются на ватмане или на масштабно–координатной бумаге (миллиметровке) или на бумаге форматаА3.

Структура проекта приведена в табл. 1.1.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Характеристика продукции дается по материалам ГОСТа или технических условий на продукцию.

2. Расчет производительности цеха осуществляется поголовному агрегату – горячему гидравлическому прессу. Остальное оборудование должно обеспечить эту производительность.

3. Расчет сырья и оборудования проводится по рекомендуемой методической литературе.

4. Трудозатраты, потребность в паре, воде, электроэнергии, сжатом воздухе определяются по укрупненным показателям (на 1 м³ или 1 м² продукции), взятым из справочного материала.

5. Планировочное решение цеха решается по аналогии с планировками подобных цехов (по материалам кафедры).

6. Рекомендуемая для выполнения литература выдается преподавателем при изучении дисциплины.

7. Перед выполнением курсового проекта необходимо детально ознакомиться с технологическим процессом, изучить новые технологии и оборудования, критически проанализировать технологический процесс с целью улучшения его и наметить основные направления в разработке курсового проекта по заданной теме.

Структура курсового проекта

Таблица 1.1

№ п/п	Наименование раздела	Содержание	Норма
1.	Введение	Тема проекта. Основные сведения по данному типу производства.	2-3 стр.
2.	Характеристика проектируемого объекта	Установленная производительность линии. Номенклатура древесных плит. Виды исходного сырья и его размеры. Характеристики связующего и химических добавок.	4-8 стр.
3.	Технологическая схема производства	Установление основных технологических операций, изображение их в виде схемы технологического процесса с условленным изображением оборудования.	Спецификация основного оборудования 1-2 стр.	Лист №1 Формат А3
4.	Технологический процесс	Описание принятого технологического процесса производства древесных плит с указанием типа выбранного оборудования, его основными характеристиками. Параметры и режимы ведения процессов по всей технологической линии.	10-15 стр.
5.	Технологические расчеты	Сырье и материалы. Норма расхода. Потребное количество на единицу продукции и годовую программу. Расходы в час, смену, год. Составление баланса древесного сырья и отходов по операциям технологического процесса. Определение производительности головного агрегата (процесса). Определение потребного количества технологического и транспортного оборудования.	5-7 стр.   3-4 стр.

Продолжение таблицы 1.1

6.	Планировочное решение цеха	Характеристика производственных помещений, расстановка оборудования и технологической линии. Определение производственной площади. Составление спецификации оборудования.	1-2 стр.	Лист №3 Планировка цеха (М 1:100)
7.	Технико-экономические показатели цеха	Расчет по укрупненным показателям потребного количества пара, воды, сжатого воздуха, электроэнергии на технологические нужды; Ориентировочные трудозатраты на единицу выпускаемой продукции.	1-2 стр.
8.	Литературные источники	Перечень источников отечественной и зарубежной литературы, методических разработок факультета.	1-2 стр.

Расчеты оборудования

Круглопильные станки

В зависимости от типа стружечных станков древесное сырье длиной более 1 м. распиливается на более короткие чураки.

Так, для стружечных станков модели ДС-6, ДС-8 длина чураков должна быть 1000мм, а диаметр не должен превышать 400мм.

Для получения такой длины и диаметра сырье распиливают на длину 1м, на пильных агрегатах АЦ-1, АП3 или ДЦ- 10, после чего чураки диаметром свыше 400 мм раскалывают на дровокольных станках.

Характеристика круглопильных станков и дровокольных дана в [4.5]. Производительность однопильных станков АЦ-2, АП3и др.

подсчитываются по формуле

П = 60 * t * K, чураков /час; (68)

П = 60 * t * g * K,м³ /час, (69)

где t – число рабочих резцов в мин. ( t = 8-10);

g – средний объем чураков в м³;

К – коэффициент использования станка (0,8).

Производитель многопильных станков принимают по технической характеристике.

Для определения необходимого количества станков, обеспечивающих заданную программу, необходимо разделить ее на годовую производительность данного станка:

N (70)

Сушилки для сушки стружки

В настоящее время для сушки применяется три типа сушилок.

1. Контактные сушилки, главным образом барабанные, в которых вращающийся ротор в виде пучка нагретых труб с лопастями для перемешивания и передвижения стружки обеспечивает равномерную сушку и механическую транспортировку стружки. Недостаток – добавочное измельчение стружек в процессе сушки.

2. Конвективные сушилки с механическим перемещением стружки. Их изготавливают ленточными, тарельчатыми и барабанными. Передача тепла стружке осуществляются главным образом конвекцией от горячего воздуха или топочных газов. Примером таких сушилок могут служить барабанные сушилки «Прогресс», П-4П/56 и др.

3. Конвективные сушилки с пневматическим перемещением стружки. К ним относятся: трубы-сушилки, в которых сушка стружки и ее транспортировка производится во взвешенном состоянии в потоке горячих газов; аэрофонтанная сушилка «Келлер»; трехходовая сушилка барабанного типа экспериментального завода стружечных плит в Подрезкове, сушилка фирмы «Бизон» и другие.

Технические характеристики сушилок даны в [1, 4, 5, 6].

Наиболее производительными сушилками отечественного производства являются: конвективная барабанная сушилка с механическим перемещением стружки модели «Прогресс» и переоборудованный из барабанной сушилки «Прогресс» сушильный агрегат (АКС-8).

Производительность сушилок барабанного типа зависит от начальной и конечной температуры газовой смеси, угла наклона барабана, частоты его вращения и количества циркулирующей в сушильном барабане газовой смеси.

Производительность барабанной сушилки «Прогресс» определяется по номограмме (рис. 3.1).

При нормальной работе сушилки среднее количество циркулирующей в барабане газовой смеси g должно быть кг/час: при угле наклона барабана а=+3° – 19000; при α = 0° – 21000; при α = - 2° – 24000; при α = - 3° – 27000;

Пример: определить производительность сушильного барабана «Прогресс» при следующих исходных данных:

W_н =100%α = - 2°

W_к = 3%для потока Бt_вх = 350°

В этих условиях производительность сушилки составит 2060 кг/час по сухой стружке при этом температура газовой смеси на выходе из барабана составит 125^оC, что вполне допустимо по соображениям пожарной безопасности.

Ранее мы определили потребность в стружке после сушки

g_св = 1614кг/ч; g_сн = 3420кг/ч.

Для сушки такого количества стружки потребуется

Можно увеличить t_вх до 450⁰С, угол наклона барабана до – 3⁰, тогда производительность барабанной сушилки увеличивается до 3650 кг/ч и потребуется 1 барабан.

Для потока А (наружных слоев) осуществляют аналогичный расчет, подбирая так, чтобы производительность одного барабана обеспечивала требуемое количество сухой стружки.

Мощность современных цехов на отечественном оборудовании приближается к 100-110 тыс.м³ стружечных плит в год. Поэтому производительность барабанных сушилок повышают за счет предварительной подсушки стружек в циклонно-спиральной приставке при высокой температуре.

Сырая стружка отдает свою основную влажность в спиральной приставке и попадает в барабанную сушилку влажностью 20-30%, за счет этого производительность барабана значительно увеличивается.

Испарившаяся влага, кг/час

Сухая стружка при Wк=3…4%, кг/час

Wн=80%

Wн=100%

Wн=120%

Рис 3.1 Номограмма для определения производительности сушильного

барабана Н411-56 (V = 38 м³)

Сортировка сухой стружки

В процессе измельчения древесины вместе с кондиционной стружкой получаются мелкие и крупные частицы. При последующей пневмотранспортировке и сушке происходит вторичное измельчение частиц, поэтому после сушки производится сортировка стружки для отделения пыли и мелочи, а так же от попавших крупных частиц.

Применяются механические (ДРС-1, ДРС-2, ГВР-1) и пневматические сепараторы (ДПС-1).

Техническая характеристика сепараторов дана в [5].

Формирующие машины

Формирование стружечного пакета или ковра производят при помощи специальных формирующих машин с дозированием проклеенной стружки по весу или по объему на единицу площади пакета или ковра [4,5].

В комплект формирующего агрегата для производства Трехслойных плит входит четыре формирующих машины модели ДФ-6.

Производительность агрегата, в котором две крайние машины настилают наружные слои, а средние – внутренний слой, складывается из суммы производительности всех машин.

В характеристике дана производительность как одной машины, так и суммарная.

По ранее произведенным расчетам определена часовая потребность в стружке для потока “А” и потока “Б”.

В технической характеристике ДФ-6 дана её производительность

П=240-5400 кг/час.

Каждая машина должна давать половину часового расхода стружки в потоке “А” и потоке “Б”.

Для дозирования применяются весы ДДС-10 с частотой срабатывания от 2 до 8 циклов в минуту с единовременной порцией от 2 до 10 кг.

Исходя из часовой потребности в смешанной со связующим стружке для каждого потока при изготовлении трехслойных плит или общей потребности для изготовления однослойных плит, требуется рассчитать количество циклов и единовременную порцию стружки, а также проверить, обеспечивает ли комплект формирующих машин непрерывную работу пресса.

Необходимую скорость главного конвейера, его ритм подбирают исходя из цикличности работы горячего пресса, поделенного на количество промежутков пресса.

Например, находим, что производительность горячего пресса 60шт. стружечных плит в час, или на изготовление одной плиты требуется 60:60=1мин.

Количество стружечно-клеевой массы, расходуемой на один пакет определяется формулой:

g_скм , кг/пакет (80)

где ρ_n – заданная плотность, кг/ ;

L_n – длина стружечного пакета, мм;

B_n – ширина стружечного пакета, мм;

S – толщина нешлифованной плиты, мм;

– влажность осмоленной стружки, наружных слоев, %;

– влажность осмоленной стружки внутреннего слоя, %;

S_n – суммарная толщина наружных слоев, в мм (для S=19мм, S_н=6мм);

S_в – толщина внутреннего слоя, мм (S_в = S- S_н )

W_п – влажность готовых стружечных плит в % (W_п = 8%)

g_скм , кг/пакет.

Из них на внутренний слой:

g_скм , кг

На наружные слои:

g_скм , кг

или

g_скм.в = 95 – 64 = 31 кг

Из четырех формирующих машин 1 и 4 формируют наружные слои, а 2 и 3 внутренние слои.

Ритм движения на главном конвейере должен быть равен или опережать ритм выпуска стружечных плит горячим прессом.

Примем ритм конвейера 1,0мин (R=60 сек).

За 1,0 мин. упоры главного конвейера должны пройти путь, равный длине стружечного пакета (поддона) плюс межпакетное расстояние (550 мм), тогда скорость главного конвейера должна быть

V м/мин.

Ритм главного конвейера можно определить

, мин,

где – продолжительность цикла прессования, мин;

n – число одновременно прессуемых плит.

Так как формирование стружечного пакета происходит непрерывно на движущемся конвейере, то формирующие машины будут выдавать стружку равномерно как на поддон, так и между поддонами. Стружка, попадая между поддонами, проваливается вниз, на ленту конвейера, установленного внизу и возвращается вновь в бункера средних формирующих машин.

Настройка формирующих машин на выдачу стружки должна осуществляться в соответствии с расчетом по формуле (81), учитывающей полный расход стружки при насыпке в единицу времени.

(81)

где – заданная плотность плит, в кг/м³;

– расстояние между задними кромками двух соседних стружечных пакетов на конвейере, мм;

– ширина пакета, мм;

– толщина внутреннего слоя или суммарная толщина наружных слоев, мм;

– абсолютная влажность осмоленной стружки, (W_n= %);

– абсолютная влажность готовых стружечных плит осмоленной стружки, %;

– ритм главного конвейера, с;

– число машин, формирующих внутренние или наружные слои.

Для отечественных линий формула (81) может быть упрощена до вида:

(82)

где – заданная плотность формируемого слоя, в кг/м³

Например: производительность 1-й и 4-й машин, формирующих наружные слои стружечных плит размером 3550 19 мм, должна быть

Производительность 2 и 3 машины должна быть

По технической характеристике вес одной порции стружки, выдаваемой весами ДФ-6 , может быть от 4 до 15 кг, а количество циклов в минуту от 1 до 6.

Примем количество циклов в минуту равным 4, тогда вес одной порции должен быть 1 и 4 машин

Для второй и третей машин принимаем 4 цикла в минуту, тогда вес одной порции должен быть

Охлаждение плит

Производится в установках веерного типа ДДО или ДКО 100. Веерный охладитель представляет собой рычажный веер, имеющий 32-36 ячеек. Веер периодически по мере поступления плит поворачивается на одну ячейку. За время поворота ячейки на 180° плиты охлаждаются до 50-70°С [5].

Станки для обрезки плит

После горячего прессования производится обрезка стружечных плит на заданный формат. Обрезка производится дисковыми пилами на двухсторонних обрезных станках, сначала по короткой стороне (на заданную длину плиты), а затем по длинной стороне (на заданную ширину плиты).

Так как станки установлены последовательно и обрезка продольных и поперечных кромок производится с одной скоростью подачи, то расчет производительности необходим только для станка, обрезающего длинные кромки.

Характеристика станков для обрезки плит по формату дана в [1,4,5,6].

Производительность обрезного станка подсчитывается по формуле

, плит в час, (83)

где – скорость подачи в м/мин;

B – расстояние между упорами цепи (В = 4,0 м);

– коэффициент использования рабочего времени (0,8-0,9).

Производительность обрезного станка должна быть не ниже производительности горячего пресса, т.е. количество плит, полученных по формуле (64), должно быть не меньше, чем полученных по формуле (1).

Если производительность обрезного станка оказалась ниже

производительности пресса, то необходимо увеличить скорость подачи обрезного станка.

Помещение для выдержки плит

После обрезки или прессования стружечные плиты постепенно охлаждают в течение 5-7 суток для снятия внутренних напряжений, вызывающих коробление плит.

Плиты укладывают в плотные стопы высотой до 400 мм, а стопы в штабели высотой до 4,5 м.

Стопы в штабелях отделяются друг от друга опорами, между которыми входят вилки автопогрузчика. Расстояние между опорами не должно превышать 500 мм, т.к. при расстоянии более 500 мм возможен прогиб плит.

Расчет площади для выдержки плит производится в следующей последовательности.

Например, необходимо подсчитать площадь для выдержки плит размером

3500×1750×18 мм (до шлифования).

Площадь основного пакета (и штабеля) будет составлять

F=L×B=3,5×1,75=6,2 м² (84)

Объем одного пакета при высоте стопы 400 мм равен:

V = 6,5×0,4 = 2,48 м³

Количество стоп, укладываемых в один штабель, принимают равным 9, тогда количество прокладок высотой 0,1 составит тоже 9.

N = 9×0,4+9×0,1= 4,5 м

Объем одного штабеля будет составлять:

= 2,48×9 = 22 м³

Производительность пресса м³ в час определяется по формуле (85).

Необходимо определить объем "А" плит, изготовленных за 7 суток.

А=П ×g_c×t×n (85)

где П – часовая производительность пресса, м³;

g_c – количество рабочих смен в сутки;

t – средняя продолжительность смены в час;

n – количество суток хранения.

Например:

A = 7 × 3 × 7,69 × 7 = 1130м³

Для укладки такого количества плит потребуется штабелей

В сутки потребуется уложить 51/7=7 штабелей. Площадь, занимаемая 7 штабелями (суточный запас), составит

F_c = 7 × 6,2 = 43,3 ≈ 44м²

Суточный запас плит после выдержки ежедневно должен быть подан на обрезку (если плиты не обрезаны), шлифовку или сортировку и упаковку. Следовательно, штабели должны быть сгруппированы по суткам.

Между суточными группами штабелей должны быть проезды для вывозки плит и укладки новых штабелей. Ширина проездов – 3м.

Площадь под штабелями определяют исходя из количества штабелей на 5-7 суточный запас плюс проезды, которые можно принять равными основной площади, занятой штабелями.

Шлифование

Стружечные плиты выпускают шлифованными и не шлифованными.

При прессовании шлифованных плит дается припуск на шлифовку по толщине от 1 до 1,5 мм.

Шлифование производится на шлифовальных станках, характеристика которых дана в [5].

Производительность шлифовальных станков определяется по формулам:

а) при одностороннем шлифовании в штуках/час:

(86)

б) при двустороннем шлифовании в штуках/час:

в) при двухстороннем шлифовании в м/ч:

где V_n – скорость подачи, м/мин;

K – коэффициент заполнения станка;

K_u – коэффициент использования рабочего времени;

l – дли шлифуемой плиты;

B и S – ширина и толщина плиты.

Расчет помещения для складирования готовых плит производят так же, как и помещения для выдержки плит, но на 5-суточный запас.

Расчет оборудования

Размольное отделение

Производительность дефибратора можно определить по следующей формуле

П_у=60*F*a*n*ρ_w*K_в*K_u, (118)

где F – площадь поперечного сечения червяка нижнего винтового конвейера, м²

(119)

D – наружный диаметр червяка, м ;

i – отношение диаметра вала к наружному диаметру червяка

(120)

α – шаг червяка, м;

n – частота вращения вала с червяком,