Зависимость прочностных показателей MDF от конструктивных и технологических параметров размалывающих машин

 

Матыгулина В.Н., Рубинская А.В. (Лф СибГТУ, г.Лесосибирск, РФ)

 

In article questions of manufacture of wood-fiber plates of average density are considered. Results of experimental researches on an establishment of dependences indicators MDF from constructive and technological parameters of grinding cars are resulted.

 

Проблема переработки и использования вторичных древесных ресурсов, а также все исследования в данной области науки и промышленных технологий актуальны и должны решать задачи безотходных, малоотходных и ресурсосберегающих технологических процессов в комплексной переработке древесины.

С этой целью в последние годы развиваются производства, которые специализируются на переработке отходов деревообрабатывающих предприятий, а также отходов лесосек и складов сырья. К производствам такого направления можно отнести заводы по производству древесноволокнистых плит.

Производство древесноволокнистых плит является сложным технологическим процессом. На качество древесного волокна, а также готовой MDF весьма существенное влияние оказывают различные переменные факторы (породный состав и качество технологической щепы, вид и количество применяемых химических добавок, циклограмма прессования), а также неконтролируемые переменные факторы (изменение давления пара в системах, концентрация массы и т.д.). Несмотря на то, что в настоящее время существует множество методов контроля технологических параметров, а также качественных характеристик древесного волокна и готовой древесноволокнистой плиты, на предприятиях Ангаро-Енисейского региона, выпускающих плиты различных видов, данные показатели контролируются недостаточно. Поэтому необходимо изучать данную проблему, разрабатывать и внедрять в производственный процесс новые, перспективные способы и методы оценки качественных и количественных показателей.

Наиболее перспективным лесоперерабатывающим предприятием в Лесосибирском промышленном узле является ЗАО «Новоенисейский лесохимическии комплекс». Это предприятие уже более 40 лет успешно работает как на внутреннем, так и на внешних лесных рынках. Для повышения уровня комплексного использования древесины и увеличения прибыли, в составе предприятия имеются заводы по производству древесноволокнистых плит мокрым и сухим способами, а также в ближайшем будущем планируется ввод в эксплуатацию линии по производству MDF.

В связи с ближайшим пуском линии по производству MDF, специалисты Лесосибирского филиала СибГТУ активно ведут исследования в области процесса получения древесноволокнистой массы, т.е. размола, как одного из основных технологических процессов получения MDF. Для чего в настоящей работе исследовалось влияние основных технологических и конструктивных параметров размалывающих машин на качество помола древесноволокнистой массы.

Для решения поставленных в работе задач был проведен ряд экспериментов на ЗАО «Новоенисейский ЛХК» непосредственно в промышленных условиях на промышленном оборудовании предприятия.

На исследуемом предприятии подготовка древесного волокна для производства плиты осуществляется на быстроходном дисковом рафинере PR-42. В результате поисковых экспериментов установлено, что на качество помола древесноволокнистой массы оказывает влияние множество конструктивных и технологических параметров размольной установки. Исследования также показали, что наибольшее влияние на качество помола оказывают износ сегментов (отношение ширины ячейки ножа к его высоте), зазор между размалывающими дисками и число оборотов нижнего шнека, подающего щепу в размольную камеру.

Для более полной оценки качественных показателей древесноволокнистой массы при исследовании нами использовались различные способы: определение градуса помола массы на приборе «Дефибратор-секунда», принцип действия которого основан на определении скорости обезвоживания массы в единицу времени; определение степени помола на лабораторной установке, спроектированной и изготовленной на базе Лесосибирского филиала СибГТУ, принцип действия которой основан на изменении сопротивления навески массы различной степени помола при прохождении через нее потока воздуха с постоянной скоростью фильтрации; определение фракционного состава волокна на лабораторном гирационном фракционаторе.

На предприятии при производстве древесноволокнистых плит сухим способом степень помола древесноволокнистой массы не определяется. Качество помола оценивается лишь визуально, в связи с чем качественные показатели готовой плиты в процессе ее производства меняются и их трудно выдержать постоянными.

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. Данный план позволяет построить модель, с одинаковой точностью предсказывающую значение отклика в точках равноудаленных от центра плана и с наибольшей точностью в точках, расположенных в его окрестности. На наш взгляд, реализация такого плана исследований наилучшим образом подходит для обработки результатов представленного эксперимента.

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

В результате обработки экспериментальных данных получена зависимость показателя размола (Fr) от конструктивных и технологических параметров размольной установки. Уровни и интервалы варьирования исследуемых факторов представлены в таблице 1.

 

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 реализации схемы регрессионного анализа и оценки степени влияния каждого входного технологического фактора на выходную величину была получена следующая математическая модель

 

Fr=-0,793649-0,027804·L/h+0,035325·z+5,9600005·n+0,003505·L/h²-0,000319·z²-12,6111·n²-0,001221·L/h·z+0,423177·L/h·n-0,049479·z·n

Коэффициенты, стоящие перед факторами, говорят о значимости входных параметров и влиянии их на исследуемые факторы, а также их парное взаимодействие на выходную величину.

Графические зависимости, представленные на рисунке 1 представляют собой поверхности отклика, построенные в трехмерной системе координат для натуральных обозначений факторов. Для построения таких графиков один из факторов фиксируют, и изменяют значения двух других факторов, поэтому представленные поверхности отклика позволяют увидеть не только влияние отдельного фактора на отклик, но и взаимодействие двух факторов.

Рисунок 1 – Зависимость качества помола массы от зазора между размалывающими дисками и числа оборотов нижнего шнека

 

Из графика, представленного на рисунке 1 хорошо видно, как изменяется показатель фракционного состава волокна (Fr) при изменении величины рабочего зазора между сегментами и числа оборотов нижнего шнека, а износ сегментов фиксировался на среднем уровне (L/h=const=2,22). Так при увеличении значения зазора до 0,20 мм, величина показателя размола максимально увеличивается до значения 0,48 г. При тех же значениях зазора при увеличении числа оборотов нижнего шнека от 20 до 36 об/мин, наблюдается тенденция к увеличению Fr, соответственно результаты обработки данных показали, что наилучшие показатели достигаются при значениях z=0,20 мм , n=36 об/мин.

Таким образом, на основании проведенных исследований найдены зависимости основных качественных характеристик древесного волокна от конструктивных и технологических параметров размольной установки, что позволяет наметить пути улучшения качественных показателей плиты и обеспечить прогнозирование наиболее эффективного способа подготовки волокнистого материала в производстве MDF.