ЗАВИСИМОСТЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК MDF ОТ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

 РАЗМАЛЫВАЮЩИХ МАШИН

 

Матыгулина В.Н., Чистова Н.Г. (Лф СибГТУ, г. Лесосибирск, РФ)

 

In the article the problem of Medium Density Fiberboard production as one of the most rational method of low quality wood processing and wastes processing has been considered. In work results of the researches executed by experts of branch SibGtU in Lesosibirsk on one of largest of the enterprises of the Angaro-Yenisei region «Novoeniseiski FCC» in industrial conditions on the operative equipment are resulted.

 

Одним из основных направлений комплексного и рационального использования заготовляемой и перерабатываемой древесины является производство древесноволокнистых плит. Сырьем для производства плитной продукции является низкокачественная древесина хвойных и лиственных пород, а также отходы лесозаготовок, лесопиления и деревообработки.

С конца прошлого столетия предприятия по производству древесноволокнистых плит наращивают свои производственные мощности. Тем не менее, на долю России приходится около 3 % мирового объема производства, что, разумеется, недостаточно при наличии больших объемов неиспользуемой экономически доступной некондиционной древесины и древесных отходов.

Древесноволокнистые плиты широко используют в домостроении, мебельной промышленности, машиностроении, изготовлении тары. Поэтому до настоящего времени не снижается потребность в увеличении объемов выпуска и повышении качества продукции, в освоении новых видов.

В Лесосибирском промышленном узле расположены крупнейшие деревоперерабатывающие предприятия, одним из которых является ЗАО «Новоенисейский лесохимический комплекс». В настоящее время в структуру предприятия входят две линии по производству ДВП мокрым способом, одна линия - сухим способом. В ближайшее время планируется ввод в эксплуатацию линии по производству МDF.

Древесноволокнистые плиты средней плотности ("Medium Density Fiberboard") – МDF, производство которых теперь налажено и в России, находят широкое применение в мебельной промышленности, постепенно вытесняя твердые древесноволокнистые и древесностружечные плиты. Тем не менее, почти на 80 % российский рынок заполняет продукция иностранных производителей MDF, поэтому необходимо производить реконструкцию и модернизацию существующих линий, внедрять новые технологии.

Особенностью MDF является то, что они имеют широкий диапазон толщин от 3 до 50 мм при средней плотности 700-800 кг/м³. Не уступая по своим физико-механическим показателям цельной древесине, по возможностям механической обработки значительно превосходят ее благодаря однородной плотной структуре. Кроме того, не имеют ее основных недостатков (нестабильности размеров при изменении температурно-влажностных условий эксплуатации, анизотропии свойств, наличия пороков и др.). Возможности различных видов обработки MDF  значительно расширяют ее применение при конструировании и разработке дизайна мебели.

В связи с возрастающим спросом на древесноволокнистые плиты средней плотности наблюдается рост требований к их физико-механическим показателям. Физико-механические показатели MDF определяют дальнейшие возможности ее использования в различных отраслях промышленности и для хозяйственных нужд.

Это обстоятельство требует проведения научных исследований для совершенствования технологических процессов и оборудования производства MDF. В Лесосибирском филиале Сибирского государственного технологического университета проводятся исследования в этом направлении для получения высококачественной готовой продукции при необходимой производительности оборудования.

Для выявления закономерностей влияния технологических параметров размольного оборудования на физико-механические характеристики готовых MDF, был проведен эксперимент на промышленных установках предприятия.

Как упоминалось ранее, MDF имеют широкий диапазон толщин. Исследования проводились для толщины MDF 10, 16, 18, 25 и 30 мм. В настоящей работе приведены результаты исследований для MDF толщиной 16 мм.

На исследуемом предприятии размол технологической щепы на древесноволокнистую массу при производстве древесноволокнистых плит сухим способом осуществляется в одну ступень на быстроходном дисковом рафинере PR-42. В результате поисковых экспериментов установлено, что на качество помола древесноволокнистой массы, качественные и количественные показатели готовых плит, оказывает влияние множество конструктивных и технологических параметров размольной установки. Исследования также показали, что наибольшее влияние оказывают износ сегментов (отношение ширины ячейки ножа к его высоте), зазор между размалывающими дисками и число оборотов нижнего шнека, подающего щепу в размольную камеру [1].

Программа экспериментальных исследований реализована комплексом активных многофакторных опытов. Для получения регрессионных зависимостей был спланирован и реализован композиционный униформ-рототабельный план, в основе которого лежит регрессионный анализ, включающий метод наименьших квадратов и статистическую обработку данных. На наш взгляд, реализация такого плана исследований наилучшим образом подходит для обработки результатов представленного эксперимента [2].

Уровни и интервалы варьирования исследуемых факторов представлены в таблице 1.

Обработка результатов эксперимента осуществлялась в пакете программы «STATISTICA-6». Расчет производился по Квази-Ньютоновскому методу.

Таблица 1 — Уровни и интервалы варьирования исследуемых факторов

Наименование фактора	Обозначения		Уровни варьирования факторов
	натур.	нормализ.	- 1,682	-1	0	+1	+1,682
Износ сегментов	L/h	Х1	1,15	1,58	2,2	2,86	3,29
Зазор между дисками, мм	σ	Х2	0,1	0,14	0,2	0,26	0,3
Обороты нижнего шнека, об/мин	n	Х3	20	28	36	44	50

 

В результате обработки экспериментальных данных получена математическая зависимость толщины плиты (Т) от конструктивных и технологических параметров размольной установки.

 

Т=16,86917 - 0,226065·L/h-0,016344·z+1,147508·n - 0,028840·L/h2 - 0,000061·z2 - 25,2973·n2 - 0,000244·L/h·z+2,180990·L/h·n - 0,091146·z·n

(1)

Полученная математическая модель адекватна. Коэффициенты, стоящие перед факторами, свидетельствуют о значимости входных параметров и влиянии их на исследуемые показатели, а также их парное взаимодействие на выходную величину.

Наглядное представление о влиянии входных факторов на выходную величину и их взаимодействие на функцию отклика дают графические зависимости, построенные по полученной модели. Так как в настоящей работе спланирован и реализован 3-х факторный эксперимент, по полученной модели строится три графика. На рисунке 1 представлены графические изображения функций отклика от двух варьируемых факторов при фиксировании третьего на среднем уровне [2].

Из графиков, представленных на рисунке 1 можно видеть, как изменяется толщина плиты с продолжительностью работы сегментов, с изменением рабочего зазора между дисками, а также с изменением скорости вращения нижнего шнека рафинера, подающего щепу в размольную камеру. Причем, представленные пространственные графики дают более наглядное представление о рассматриваемом процессе, чем двухмерные графики. Например, из графика, представленного на рисунке 1,а хорошо видно, как изменяется толщина плиты при изменении величины рабочего зазора между сегментами и числа оборотов нижнего шнека, износ сегментов при этом фиксировался на среднем уровне (L/h=const=2,22). Так при значении зазора равном 0,1 мм и при увеличении числа оборотов нижнего шнека от 20 до 50 об/мин, величина толщины изменяется в пределах от 15,85 до 16,35 мм, а при изменении рабочего зазора между размалывающими дисками от 0,1 до 0,3 мм толщина варьируется в более широком диапазоне от 15,65 до 16,5 мм. Аналогичным образом можно проанализировать графические зависимости, представленные на рисунке 1,б и в.

а)	б)
в)

Рисунок 1 – Зависимость толщины MDF от зазора между размалывающими дисками, числа оборотов нижнего шнека и износа сегментов

 

Уравнение, на наш взгляд, позволяет прогнозировать изменение величины толщины MDF по конструктивным и технологическим параметрам размольной установки.

По результатам работы выяснено, что процесс размола оказывает существенное влияние на геометрические характеристики готовых плит. Правильный выбор и регулирование параметров размалывающих машин позволяет влиять на технологический процесс получения MDF в целом.

Литература

1. Чистова Н.Г. Размол древесноволокнистой массы на промышленных установках при производстве ДВП// Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. – Красноярск, 2000. – 193 с.

2. Пижурин А.А., Розенблит М.С. Исследование процессов деревообработки. -М.: Лесн. пром-сть. – 1973. – 119 с.