Моделирование и управление процессом камерной сушки мебельных заготовок дуба

Одним из основных факторов повышения качества строительных деталей, пиломатериалов, мебельных заготовок является сушка — обязательный этап технологического процесса деревообработки С 1 3.

Сушка древесины — одна из важнейших операций в технологическом процессе лесопиления и деревообработки. Сушка предохраняет древесину от поражения деревоокрашивающими и дереворазру-шающими грибами в процессе ее хранения, транспортирования, использования, предупреждает размеро— и формоизменяемость древесины в процессе изготовления и эксплуатации из нее, улучшает качество отделки древесины, склеивания С 2,3 3.

Деревянные изделия или сооружения, изготовленные из сырой древесины, недолговечны. Они преждевременно разрушаются или портятся. По данным Сенежской лаборатории консервирования древесины, по этой причине ежегодно теряется около 20 млн. м3 древесины, что приносит большой ущерб С 1 3.

На лесопильно—деревообрабатывающих предприятиях Российской федерации высушивается более 40 У. вырабатываемых пиломатериалов, в том числе 36 7. в сушильных камерах. Общая установленная мощность сушильных камер используется на 85 У. С 4 3.

Следует отметить, что проведение сушки заготовок и пиломатериалов согласно нормативным трехступенчатым режимам L 7 3 характеризуется низкими показателями качества высушиваемой древесины и большой продолжительностью процесса. Повышение качества высушиваемых пиломатериалов и мебельных заготовок возможно за счет применения более мягких, то есть более продолжительных ре— жимов. Однако этот вариант неприемлем, поскольку технологические участки сушки часто являются узким местом деревообрабатывающих предприятий, и сокращение сроков процесса сушки так же важно, как и сохранение требуемых показателей качества древесины. Использование жестких, форсированных режимов сушки позволяет значительно снизить продолжительность процесса, но и одновременно приводит к увеличению уровня брака из—за растрескивания и коробления высушиваемого материала. Интенсификация процесса сушки должна идти по линии оптимизации процесса, то есть разработки рациональных сочетаний режимных факторов, обеспечивающих заданное качество сушимой древесины при минимальных затратах. В то же время строгое соблюдение оптимальных режимов сушки невозможно без средств автоматизации, потому что связано с необходимостью контроля и регулирования параметров текущего состояния древесины и параметров сушильного агента одновременно в нескольких рабочих секциях сушильной камеры С 5 3.

В ЦНИИМОДе неоднократно проводили работы с целью определения потерь древесины на лесопильных предприятиях при сушке пиломатериалов до транспортной влажности С 59 3. Из—за дефектов сушки происходит переход некоторой части пиломатериалов из высоких в более низкие сорта. Средняя величина пересортицы находится в пределах 2. 4. 5. 5 «/.

Основные причины перехода древесины в более низкие сорта: крыловатость, продольная покоробленность, трещины и, в ряде случаев, загрязнение. Загрязнение вызвано организационными неполадками при пакетировании и транспортировке досок и заготовок и легко может быть устранено.

На деревообрабатывающих предприятиях контроль переходности пиломатериалов и заготовок в более низкие сорта не ведется, но результаты обследования показывают, что брак из-за дефектов сушки может достигать значительным величин (до 20 7.), особенно при сушке пиломатериалов и мебельных заготовок из древесины твердых лиственных пород С 59 3.

В связи с вышесказанным, для совершенствования технологии сушки необходима дальнейшая разработка методов и средств автоматизации процесса, особенно методов контроля состояния древесины, анализ технологических особенностей процессов сушки древесины, математическое описание сушильных камер как объектов управления.

Основные результаты работы заключены в следующем:

1. Исследованы основные закономерности физических процессов при проведении камерной сушки мебельных заготовок, на основе которых с учетом результатов экспертных оценок разработаны математические модели трехступенчатого процесса сушки в виде регрессионных зависимостей технического брака древесины по растрескиванию и короблению заготовок и общей продолжительности процесса от режимных параметров сушильного агента.

2. Теоретически получены статические и динамические характеристики сушильной камеры периодического действия СПМ—2К как объекта регулирования. Эти характеристики дают возможность обоснованно проводить расчеты оптимальных настроек регуляторов известными в промышленности методами.

3. Анализ особенностей образования и развития трещин и раковин в дубовых заготовках позволил получить выводы об улучшении качественных показателей высушиваемых заготовок, в частности, отмечено, что при сушке заготовок особое внимание необходимо уделить проведению второго этапа сушки, так как перемена знака напряжений вызывает появление в сортиментах раковин.

4. В результате компьютерной обработки данных экспериментальных исследований получены математические модели процесса камерной сушки мебельных заготовок дуба в виде уравнений регрессии второй степени, адекватно отражающие реальный процесс сушки дубовых заготовок.

5. Для проведения процедуры оптимизации выбран метод стохастических автоматов, обладающий в реализации работы рядом преимуществ.

6. Разработана процедура оптимизации управления технологическим процесом сушки мебельных заготовок, позволяющая осуществлять оптимальный выбор технологических режимов с минимизацией технического брака заготовок и общей продолжительности процесса.

7. Предложенный алгоритм оптимизации управления процессом камерной сушки мебельных заготовок позволяет практически реализовать вычислительную процедуру при решении задачи многокритериальной оптимизации управления сушкой.

S. Система автоматической оптимизации режимов процесса сушки обеспечивает компьютерное определение режимных параметров как для однокритериальной, так и для многокритериальной системы оптимизации сушки.

9. Полученные результаты многокритериальной оптимизации дали возможность испытать в практике способ сушки твердых пород древесины, на который получено по заявке на изобретение положительное решение НИИГПЭ.

10. Специфической особенностью управления технологическим процессом сушки является компьютерная поддержка поиска оптимальных режимных параметров сушки, которая может осуществляться на любом конкретном этапе процесса.

11. Система автоматического регулирования параметров агента сушки в сушильной камере работает в режиме «советчика», который основан на компьютерном поиске оптимальных режимов и реализации их в дистанционном контроле и автоматическом регулировании параметров среды в сушильной камере.

12. Для практического применения полученных результатов на основе построенных математических моделей рассчитаны технологические режимы сушки мебельных заготовок, позволяющие повысить эффективность процесса за счет повышения качества высушенной древесины на 4 У. и сокращения продолжительности сушки на 2−3 суток. Экономический эффект от внедрения оптимальных режимов сушки мебельных заготовок составил 337.5 рублей на 1 мв высушиваемой древесины- 31 млн. рублей на годовую программу Воронежского комбината мебельных деталей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе рассмотрена проблема повышения эффективности и качества управления технологическим процессом камерной сушки мебельных заготовок. Показана необходимость создания специального математического обеспечения, моделирования и алгоритмизации сушильного процесса, направленных на повышение эффективности и качества управления: