МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ДИНАМИКИ ИЗМЕНЕНИЯ НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ ЧАСТИЦ В ПРОЦЕССЕ СУШКИ
Сафонов А.О. (ВГЛТА, г. Воронеж, РФ)
This article is about change fill density wood particles in process dry in drying drum.
Насыпная
плотность стружки, ее изменение в процессе сушки оказывает существенное влияние
на гидродинамику внутри барабана. Удаление влаги из древесных частиц является
причиной изменения их физико-механических свойств, определяющих степень износа
внутренних элементов агрегата. Также повышение плотности стружки при
перемещении по сушилке приводит к изменению ее фракционного состава в
результате истирания древесных частиц о лопасти и стенки барабана. Как
показывают исследования, проведенные в
ЦНИИМОД, степень износа зависит от влажности древесины [1].
Рассмотрим состав сырья для изготовления плит. В большинстве случаев сырье для изготовления плит содержит кору, а в гнилом сырье – гниль. Тогда, средняя плотность древесины одной породы будет определяться по формуле
, (1)
где 
– плотность здоровой древесины, коры
и гнили соответственно, кг/м3; 
– доля здоровой древесины, коры и
гнили соответственно, %.
Плотность гнили можно выразить следующей зависимостью [2]:
.
(2)
Рассмотрим породный состав древесины, идущей для производства плит. Из производственной практики можно сделать заключение, что породный состав сырья за последние 15…20 лет практически не изменяется. При этом используются, как правило, следующие древесные породы в таком соотношении: осина и ольха < 50 %, береза 25…26 %, сосна и ель 20…21 %, дуб » 2%. Тогда для исследования изменения насыпной плотности стружки в процессе сушки принимаем следующий породный состав: осина – Vос=26 %, ольха – Vол=26 %, береза – Vбер=26 %, сосна – Vсос=10 %, ель – Vель=10 %, дуб – Vдуб=2 %.
Средневзвешенную плотность сырья определим по формуле
.
(3)
Насыпную средневзвешенную плотность стружки находим по формуле
,
(4)
где 
=0,32 – эмпирический коэффициент для
перевода плотного объема древесины в насыпной.
По результатам производственных
исследований в абсолютно сухом состоянии материала 
.
Зависимость изменения насыпной плотности измельченной древесины от ее влажности выражается следующими известными формулами [1]:
; (5)
, (6)
где 
– средневзвешенный коэффициент
объемного разбухания.
Экспериментальные исследования по
определению средневзвешенного коэффициента разбухания с учетом коры и гнили по
отдельным породам, используемым в производстве древесностружечных плит, дали
следующие результаты: осина – 
; ольха – 
; береза – 
; сосна – 
; ель – 
; дуб – 
.
Средневзвешенный коэффициент объемного разбухания с учетом объемных долей пород, составляющих
ДСтП, равен 
.
Повышения содержания адсорбционной и микрокапиллярной воды (при W<30 %), находящейся в стенках клеток древесины, слабо влияет на средневзвешенную насыпную плотность стружки. Гораздо сильнее влияние гигроскопической влаги на насыпную плотность древесных частиц (при W³30 %).
Большой практический интерес при конструировании барабанов, варьировании фракционного состава материала в процессе сушки представляют исследования изменения насыпной плотности древесных частиц по длине агрегата. Производственные эксперименты по реализации оптимальных режимов сушки в зависимости от начальной влажности высушиваемого материала F1, влажности воздуха в сушильном цехе F2, температуры воздуха в сушильном цехе F3, температуры атмосферного воздуха F4 позволили определить изменение насыпной плотности стружки при перемещении ее по барабану. Опытные сушки проводились в зимний, весенне-осенний, летний периоды работы оборудования. Результаты экспериментов по определению насыпной плотности для различных сезонов приведены на рис. 1, 2, 3.
Из графиков видно, что скорость изменения насыпной плотности стружки на участке 0…0,4 L длины барабана остается постоянной, что обусловлено удалением на этом участке свободной влаги в периоде постоянной скорости сушки. В этот период происходит наиболее сильное изменение фракционного состава стружки по причине истирания частиц о лопасти и внутренние стенки барабана. Образование излишней доли мелкой фракции в объеме стружки в виде пыли толщиной 0,01…0,1 мм, шириной и длиной до 0,5…1 мм приводит к известным недостаткам, возникающим в процессе изготовления ДСтП [2].
Рис.1- Изменение насыпной плотности древесных частиц в процессе сушки в зимних условиях
Рис.2- График изменения насыпной плотности стружки в процессе сушки в весенне-осенний период
Рис.3- Изменение насыпной плотности древесных частиц в летний период
проведения процесса сушки
Рассмотрим изменение насыпной плотности стружки при удалении связанной влаги, находящейся в стенках клеток. По мере снижения влажности частиц увеличивается их твердость. Повышение физико-механических характеристик древесных частиц в сухом конце барабана приводит к чрезмерному износу внутренних элементов сушилок на участке 0,4…1 L длины барабана. При этом ремонт сушилок по вышеуказанной причине сопровождается остановкой всего процесса производства ДСтП на достаточно длительный срок, что снижает объем их выпуска и соответственно годовую прибыль от реализации продукции. Решение проблемы износостойкости элементов, составляющих внутреннее устройство барабанов, видится в применении сталей 10, 20, 30 с наплавками титановыми электродами Т–590 или Т–620, имеющими более высокие физико-механические характеристики, чем традиционно применяемые для изготовления этого оборудования материалы. Поэтому применение лопастей с титановыми наплавками в сушильной технике представляет значительный практический интерес.
Библиографический список
1. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. – М.: МГУЛ, 2001. – 340 с.
2. Отлев И.А. Справочник по производству древесностружечных плит / Отлев И.А., Ц.Б. Штейнберг, Л.С. Отлева, Ю.А. Бова, Н.И. Жуков, Г.И. Конаш/ – 2–е изд. перераб. и доп. – М.: Лесн. пром–сть., 1990. – 384 с.