Автоматизированная линия сушки пиломатериалов

Полезная модель предназначена для повышения технико-экономической эффективности промышленной камерной сушки пиломатериалов различных пород. Указанный технический результат достигается за счет того, что в технологической линии сушки пиломатериалов, состоящей из многоступенчатого волкового пресса, ленточного транспортера и конвективной сушильной камеры, установлены устройства контроля и автоматического регулирования величины опрессовки, температуры сушильного агента и перепада влажности по толщине высушиваемого пиломатериала. В рабочей зоне валкового пресса установлены датчики положения с роликовыми чувствительными элементами и индикатором опрессовки, что позволяет осуществлять ее контроль после каждой технологической операции. Температура сушильного агента, регулируется типовыми средствами автоматического регулирования. Одной из основных особенностей предлагаемой полезной модели является наличие системы автоматического регулирования перепада влажности по толщине пиломатериала. Датчиком в этой системе регулирования служит поляризационный градиентомер, который закреплен в высушиваемом штабеле на образце пиломатериала.

Полезная модель

Автоматизированная линия сушки пиломатериалов

1. Область техники

Предлагаемая полезная модель относится к технологическим линиям промышленной сушки пиломатериалов различных пород.

2. Уровень техники

Промышленная камерная сушка пиломатериалов это энергоемкий процесс, который во многом определяет качество конечной продукции. Поэтому совершенствование существующих и разработка новых способов и устройств в этой области техники, включая системы и средства автоматического управления, является актуальной технико-экономической задачей.

Анализ научно-технической литературы и патентов ФИПС РФ, за последние десять лет показал, что в этой области выдано около 100 патентов на изобретения и полезные модели, которые содержат технические решения, в основном направленные на совершенствование способов и устройств камерной сушки пиломатериалов. Однако уровень автоматизации технологического оборудования сушки пиломатериалов в настоящее время еще остается низким, так как он ограничен системами стабилизации режимных параметров или системами программного регулирования, что не позволяет осуществлять сушку в оптимальном режиме.

Известна установка для сушки древесины (Установка для сушки древесины. Патент РФ на полезную модель 78911 [1]), со средствами контроля и регулирования температуры нагревательных элементов, температуры и влажности древесины. Эта установка снабжена логическим устройством, позволяющим автоматически изменять заданные значения режимных параметров с учетом запрограммированных функциональных взаимосвязей.

2

Известна так же технологическая линия сушки пиломатериалов (Технологическая линия сушки пиломатериалов. Патент РФ на полезную модель 79651 [2]), состоявшая из валкового многоступенчатого пресса, ленточного транспортера и сушильного устройства в виде конвективной сушильной камеры периодического действия. В сушильный блок представляет собой прямоугольный газоход в виде змеевика с нечетным количеством горизонтальных участков. В многоступенчатом валковом прессе величины горизонтальных межвалковых зазоров в последовательно установленных узлах уменьшаются по линейному закону так, что зазор в последнем узле должен быть меньше толщины пиломатериала на величину усушки.

На наличие в технологической линии валкового пресса, обеспечивает предварительную динамическую опрессовку влажного пиломатериала, в результате которой капиллярная влага из внутренних слоев пиломатериала выдавливается на поверхностные. Это позволяет осуществлять последующую конвективную сушки со значительно меньшими затратами и при достаточно высоком качестве высушенного пиломатериала.

Однако, отсутствие в этой линии средств контроля и регулирования основных технологических параметров не позволяет в полной мере реализовать ее возможности. Так отсутствие устройств контроля действительных значений межвалковых зазоров снижает эффективность опрессовки, а управление процессом сушки по текущему значению влажности высушиваемого пиломатериала [1] не учитывает опасные внутренние напряжения, которые возникают при больших перепадах влажности и могут вызвать растрескивание высушиваемого пиломатериала. Использование стандартных устройств контроля и автоматического регулирования процесса сушки пиломатериалов перечисленные проблемы не решает.

По количеству общих признаков и достигаемому результату технологическая линия сушки пиломатериалов [2] является наиболее близким техническим решением и выбрана в качестве прототипа.

3

3. Сущность полезной модели

Технической задачей является разработка автоматизированной технологической линии сушки пиломатериалов, которая обеспечивала бы более высокое качество сушки пиломатериалов при минимальных затратах за счет использования стандартных и нестандартных средств автоматизации.

В состав автоматизированной линии сушки входят: валковый пресс, ленточный транспортер, конвективная сушильная камера и средства автоматизации.

В рабочей зоне двухступенчатого валкового пресса дополнительно установлены три контактных датчика с чувствительными элементами в виде роликов, которые прижимаются к верхней пласти опрессовываемого пиломатериала пружинами малой упругости. Первый контактный датчик установлен на входе пиломатериала в рабочую зону пресса. Он выдает на индикатор сигнал пропорциональный действительному значению толщины пиломатериала перед опрессовкой. Второй и третий датчики, установленные на входе и выходе второй ступени, служат для измерений величин опрессовок после первой и второй ступеней.

Штоки роликов размещены в сквозных отверстиях верхней опорной плиты пресса и кинематически связаны с датчиками. Сигналы от датчиков подаются на индикатор опрессовки, где они регистрируются, обрабатываются и отображаются на экране. Наличие индикаторов позволит осуществлять текущий контроль величины опрессовки как на первой ступени так и суммарную опрессовку пиломатериала с учетом ее заданного значения и действительного значения начального размера. Это позволит осуществить процесс на более высоком техническом уровне и существенно повысить его эффективность..

В газоходе сушильной камеры помещен стандартный датчик температуры, сигнал от которого поступает в систему автоматического регулирования температуры сушильного агента, состоящую из регулирующего прибора и исполнительного механизма, управляющего 4

режимом работы нагревательных элементов калорифера. Наличие системы автоматического регулирования температуры сушильного агента позволяет поддерживать ее заданное значение при различных внешних воздействиях, как при изменении температуры сушильного агента, так и степени рециркуляции.

С целью нормирования опасных внутренних напряжений, возникающих при интенсивной сушке пиломатериала в сушильной камере, в предлагаемой полезной модели в качестве основного технологического параметра выбран перепад влажности по толщине пиломатериала. Датчиком системы автоматического регулирования перепада влажности является игольчатый градиентомер (Способ измерения перепада влажности в капиллярно-пористом теле. Авторское свидетельство на изобретение 759936, М.: ГК СССР по ДИиО, 7.05.1980 г.) [3], который установлен в сушильной камере на контрольном образце штабеля пиломатериала. В преобразователе градиентомера реализуется зависимость ЭДС вызванной поляризации от перепада влажности по толщине пиломатериала.

Конструктивно чувствительный элемент градиентомера представляет собой рамку с игольчатыми контактами, которые вдавливаются в образец пиломатериала на заданную глубину. В процессе измерений на силовые электроды через определенные интервалы подаются напряжения постоянного тока разных полярностей и по разности напряжений на измерительных электродах определяют перепад влажности.

Функция преобразования игольчатого градиентомера имеет следующий вид:

где: U - результат измерения, соответствующий перепаду влажности;

U^+-, U^-+- установившиеся значения измеряемых напряжений при различных полярностях внешнего электрического поля;

Е_вп - ЭДС вызванной поляризации;

5

R₂ - электрическое сопротивление измерительного участка;

(R₁+R₂ +R₃) - электрическое сопротивление всего участка.

Сигнал о текущем значении перепада влажности подается на регулирующий прибор, где после сравнения с его заданным значением поступает на исполнительные механизмы регулирующих органов приточно-вытяжных каналов.

Управление процессом сушки с использованием системы автоматического регулирования перепада влажности по толщине высушиваемого пиломатериала вместо традиционного регулирования влажности сушильного агента или влажности пиломатериала повысит уровень автоматизации и даст существенный технико-экономический эффект.

В целом, совокупность признаков ограничительной и отличительной частей предлагаемой полезной модели необходима и достаточна для решения поставленной задачи и в полном объеме ранее нигде не использовалась для решения поставленной или других эквивалентных задач. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критериям существенной новизны и полезности.

Предлагаемая автоматизированная технологическая линия сушки пиломатериалов с устройствами индикаторов опрессовки и градиентомером влажности пиломатериала иллюстрируются чертежами, представленными на фиг. 1, 2.

Фиг. 1 - автоматизированная технологическая линия сушки пиломатериалов

Фиг. 2 - градиентомер влажности пиломатериала.

4. Примеры конкретного выполнения. Пример 1 конкретного выполнения.

Предлагаемая автоматизированная линия сушки пиломатериалов состоит из валкового пресса, ленточного транспортера (на фиг. 1 не показан), конвективной сушильной камеры, устройств контроля опрессовки, регулирования температуры сушильного агента и перепада 6

влажности высушиваемого пиломатериала. Используемый в линии двухступенчатый валковый пресс состоит из приводных валков 2 и неприводных 3. В рабочей зоне пресса в сеч. l,ll,lll дополнительно установлены три контактных датчика GE с чувствительными элементами 4 в виде роликов, которые прижимаются к пласти опрессовываемого пиломатериала пружинами малой упругости (фиг. 1). Штоки роликов размещены в сквозных отверстиях верхней опорной плиты пресса и кинематически связаны с датчиками.

Первый контактный датчик установлен на входе пиломатериала в рабочую зону пресса. Он выдает индикатору опрессовки GRS электрический сигнал пропорциональный положению пласти, т.е. толщине пиломатериала l перед опрессовкой. Второй и третий датчики, установленные на входе и выходе второй ступени, служат для измерений величин опрессовок после первой и второй ступеней.

Положения контактных роликов в вертикальной плоскости определяется величинами пластических деформаций пиломатериала в соответствующих сечениях. При этом разность положений чувствительных элементов датчиков второго и первого сечений равна величине опрессовки на первой ступени, а разность положений чувствительных элементов третьего и первого сечений равна величине суммарной опрессовки.

Оснащение пресса устройствами контроля величин опрессовки пиломатериала после каждой ступени позволяет при необходимости осуществлять технологическую наладку пресса, что повысит технико-экономическую эффективность процесса динамической опрессовки.

Для автоматического регулирования температуры сушильного агента в сушильной камере используются стандартные устройства. В состав этой системы входят: датчик температуры ТЕ, установленный в газоходе сушильной камеры 5, регулирующий прибор IRC и исполнительный механизм 2-3 нагревательного элемента калорифера 6 (фиг. 1).

7

В системе автоматического регулирования перепада влажности по толщине высушиваемого пиломатериала датчиком является игольчатый градиентомер DME, который установлен на контрольном образце штабеля 1. Он содержит держатель 10 с игольчатыми электродами А, В, М, N, которые при помощи рамки 11, винта 12 и рукоятки 13 вдавливаются на заданную глубину в образец пиломатериала 14 (фиг. 2).

Схема вызванной поляризации образца показана на фиг. 2б, где: R₁, R₂, R ₃ - активные электрические сопротивления рабочих зон, Е _вп - ЭДС вызванной поляризации.

Переключение полярностей внешнего электрического поля на силовых контактах А, В и на измерительных контактах М, N средства измерений, определение перепада влажности и выдача управляющего сигнала на исполнительный механизм 3-3 поворотных заслонок приточно-вытяжных каналов 8, 9 осуществляется регулирующим прибором IRC (фиг. 1).

Для высушиваемого пиломатериала внешнее поляризующее напряжение постоянного тока составляет величину порядка 1,21,5 в. Частота переключения полярностей, выбранная с учетом времени стабилизации измеряемых напряжений, находится в диапазоне 45 минут.

Оснащение технологической линии сушки пиломатериалов стандартными унифицированными и специализированными автоматическими устройствами контроля опрессовки, регулирования температуры сушильного агента и перепада влажности высушиваемого пиломатериала позволяет осуществлять управление процессами опрессовки и конвективной сушки в оптимальных режимах, что создает условия значительного повышения ее технико-экономической эффективности.

Пример 2 конкретного выполнения

В автоматизированной линия сушки пиломатериалов по примеру 2 в штабеле высушиваемого пиломатериала в зонах различных по интенсивности сушки установлено несколько градиентомерных датчиков, 8

подключенных к программному контроллеру регулирующего прибора системы автоматического регулирования перепада влажности по толщине высушиваемого пиломатериала, что повысит точность и достоверность измерений и регулирования перепада влажности.

5. Промышленная применимость

Опытный образец автоматизированной линии сушки пиломатериалов изготовлен и испытан в экспериментально-технологической лаборатории ФТП ТГПУ.

В 2014 году планируется провести работы по градуировке и аттестации поляризационного градиентомера влажности для различных пород древесины и оптимизации заданных значений технологических параметров опрессовки, температуры сушильного агента, и перепада влажности по толщине высушиваемого пиломатериала.

Источники информации

1. Установка для сушки древесины. Патент РФ на полезную модель 78911

2. Технологическая линия сушки пиломатериалов. Патент РФ на полезную модель 79651

3. Способ измерения перепада влажности в капиллярно-пористом теле. Авторское свидетельство на изобретение 759936, М.: ГК СССР по ДИиО, 7.05.1980 г.

1. Автоматизированная линия сушки пиломатериалов, состоящая из многоступенчатого валкового пресса, ленточного транспортёра и конвективной сушильной камеры периодического действия, отличающаяся тем, что в рабочей зоне валкового пресса установлены датчики положения с роликовыми чувствительными элементами и индикатором опрессовки, в сушильную камеру помещён датчик системы автоматического регулирования температуры сушильного агента, а в высушиваемом штабеле на образце пиломатериала закреплён игольчатый датчик поляризационного градиентомера системы автоматического регулирования перепада влажности по толщине пиломатериала, причём датчик снабжён двумя парами игольчатых электродов, на силовые контакты которых подаётся поляризирующее напряжение переменной полярности, а на измерительных контактах путём переключения полярностей средства измерений определяется напряжение вызваной поляризации как функции перепада влажности.

2. Автоматическая линия сушки пиломатериалов по п. 1, отличающаяся тем, что в штабеле высушиваемого пиломатериала в зонах, различных по интенсивности сушки, установлено несколько игольчатых датчиков, подключенных к программному контроллеру регулирующего прибора системы автоматического регулирования перепада влажности по толщине образца.