Способ ориентации древесных частиц
Владельцы патента RU 2462353:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "СибГТУ") (RU)
Изобретение относится к производству древесностружечных плит с ориентированной структурой. Стружку подают на направляющий орган. Перемещают соседние ветви направляющего органа в противоположных направлениях со скоростью, зависящей от требуемого угла ориентации, длины ориентируемых частиц, расстояния между соседними ветвями направляющего органа и скорости перемещения направляющего органа, при которой угол ориентации частиц минимален. Повышается качество ориентации древесных, а также прочность изготовляемых многослойных древесностружечных плит. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано в производстве древесностружечных плит из ориентированной стружки (OSB).
Известен способ механической ориентации древесных частиц, включающий подачу стружки на направляющий орган, выполненный в виде пластин или цепей, соседние ветви которого перемещают в противоположных направлениях [Шварцман Г.М., Щедро Д.А. Производство древесностружечных плит. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Лесн. пром-сть, 1987. - 320 с., стр.216].
Известен способ ориентации древесных частиц, включающий подачу стружки на направляющий орган, выполненный в виде бесконечной нити, и перемещение соседних ветвей направляющего органа в противоположных направлениях [Патент Швейцарии №469558, М.кл5 B29J 5/00. Verfahren für die Herstellung von Holzspanplatten sowie Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. 1969].
Известен способ ориентации, реализованный в устройстве для ориентации осмоленных лигноцеллюлозных частиц, включающий подачу стружки на направляющий орган, выполненный в виде бесконечной гибкой ленты, и перемещение соседних ветвей направляющего органа в противоположных направлениях [Патент ФРГ №2730403, М. кл5 B29J 5/04. Vorrichtung zum Ausrichten von mit einem Bindemittel versehenen lignozellulosehaltigen Teilchen. 1980].
Известные способы предназначены для продольной ориентации древесных частиц, которые укладываются преимущественно вдоль направления изготовления (угол ориентации частиц стремится к 0). Однако для внутреннего слоя плит из ориентированной стружки (OSB) требуется поперечная ориентация [см., например, Леонович А.А. Технология древесных плит: прогрессивные решения. Учеб. пособие. - СПб.: Химиздат, 2005. - 208 с., стр.117], при которой угол ориентации частиц стремится к 90°. При этом плита будет иметь максимальную прочность в поперечном направлении. Известные способы не позволяют осуществить поперечную ориентацию древесных частиц, что ухудшает качество ориентации изготовляемых плит.
Известен также способ ориентации древесных частиц, включающий подачу стружки на направляющий орган и перемещение соседних ветвей направляющего органа в противоположных направлениях со скоростью Vо (м/с), определяемую по формуле:
где h - расстояние между соседними ветвями направляющего органа, м; Но - высота расположения направляющего органа над формирующим транспортером, м; Нк - толщина формируемого стружечного ковра; l - длина ориентируемых частиц, м [Патент РФ №2315689, B27N 3/14. Устройство для ориентации древесных частиц, 2008].
За счет определенной скорости Vо известный способ предполагает придание частицам такого вращающего импульса, при котором за время достижения стружечного ковра они укладываются преимущественно вдоль направления изготовления, т.е. при перемещении направляющего органа со скоростью, определяемой по формуле (1), средний угол ориентации частиц в стружечном ковре минимален. Это применимо только для наружных слоев стружечного ковра. Для промежуточных слоев угол ориентации частиц может составлять от 0 до 90°, а для внутреннего слоя он стремится к 90°, т.е. частицы должны быть уложены поперек направления изготовления. Невозможность поперечной ориентации частиц, проводимой данным способом, ухудшает качество ориентации изготовляемых плит, вследствие чего снижается прочность плит на изгиб в поперечном направлении.
Изобретение решает задачу повышения качества ориентации древесных частиц.
Техническим результатом от использования изобретения является повышение качества ориентации за счет возможности укладки древесных частиц под любым заданным углом, что повышает прочность изготовляемых многослойных древесностружечных плит.
Это достигается тем, что в способе ориентации древесных частиц, включающем подачу стружки на направляющий орган и перемещение соседних ветвей направляющего органа в противоположных направлениях со скоростью V0, перемещение направляющего органа осуществляют со скоростью (м/с), определяемую по формуле:
где Vо - скорость перемещения направляющего органа, при которой угол ориентации частиц минимален;
α - требуемый угол ориентации частиц;
h - расстояние между соседними ветвями направляющего органа (шаг ориентации), м;
l - длина ориентируемых частиц, м.
Заявляемый способ ориентации древесных частиц отличается перемещением направляющего органа со скоростью, зависящей от требуемого угла ориентации частиц, за счет чего частицы, получившие вращение от направляющего органа, в процессе падения укладываются в стружечный ковер с требуемым углом ориентации.
На чертеже представлены зависимости угла ориентации частиц α от отношения скоростей V/Vо направляющего органа для отношения шага ориентации и длины частиц: 
Формула скорости перемещения направляющего органа, при которой происходит ориентация частиц под требуемым углом, выведена автором впервые.
Начальный угол, при котором происходит сход частицы с направляющего органа, зависит от длины частицы и расстояния между соседними ветвями направляющего органа:
где h - расстояние между соседними ветвями направляющего органа (шаг ориентации), м;
l - длина ориентируемой частицы, м.
При нулевой скорости перемещения направляющего органа сквозь него будут проходить только частицы, поступающие с углом, меньшим αнач. В этом случае частицы укладываются в стружечный ковер без разворота. При скорости направляющего органа Vо, определяемой по формуле (1), средний угол ориентации α стремится к 0, а при двойной скорости Vо частицы окажутся «переразвернутыми», т.е. α=-αнач. Зависимость угла ориентации частиц α от скорости V перемещения направляющего органа:
где V - текущая скорость перемещения направляющего органа;
Vо - скорость перемещения направляющего органа, определяемая из выражения (1), при которой угол ориентации частиц в ковре минимален.
Из выражения (2) получена формула, при помощи которой можно определить скорость перемещения направляющего органа для любого требуемого угла ориентации частиц α:
Данная зависимость для нечетных ячеек направляющего органа представлена на чертеже (положительный угол ориентирования). Четные ячейки ориентируют частицы с отрицательным углом α на такую же величину. При этом знак угла α не имеет значения для прочностных свойств изготовляемой плиты. Например, если отношение
, частицы ориентируются преимущественно перпендикулярно направлению изготовления (α=90°) при перемещении направляющего органа с 4-кратной скоростью Vо.
Формула (3), связывающая шаг ориентации, длину ориентируемых частиц и скорость направляющего органа для минимального угла ориентации частиц, выведена автором впервые.
Способ осуществляют следующим образом.
Направляющий орган перемещают со скоростью V (м/с), причем соседние ветви направляющего органа движутся в противоположных направлениях. Древесные частицы подают на направляющий орган, который придает частицам вращение. В процессе падения частицы разворачиваются до момента их укладки в стружечный ковер. При перемещении направляющего органа со скоростью, определяемой из выражения (3), частицы укладываются в ковер с углом ориентации, стремящимся к заданному.
Пример осуществления способа.
Древесную стружку с питающего транспортера подавали на направляющий орган, который перемещали со скоростью, определяемой по формуле (3). Из ориентированной таким образом стружки на формирующем транспортере формировали однослойный стружечный ковер, который разделяли на брикеты и прессовали. Была изготовлена партия однослойных древесностружечных плит толщиной 12 мм из сосновых стружек, имевших среднюю длину 60 мм (0,06 м). Высота размещения направляющего органа над формирующим транспортером составляла 0,3 м, шаг ориентации - 0,025 м. Толщина формируемого ковра составляла 0,07 м.
Скорость перемещения направляющего органа для минимального угла ориентации частиц рассчитывалась по формуле (1):
Для угла ориентации частиц α=45° скорость перемещения направляющего органа рассчитывалась по формуле (3):
Для угла ориентации частиц α=90° скорость перемещения направляющего органа рассчитывалась также по формуле (3):
При формировании стружечного ковра частицы ориентировались направляющим органом, который перемещали со скоростями 0,025 м/с, 0,065 м/с и 0,105 м/с.
Измерение углов отклонения частиц относительно направления (оси) ориентации производилось для всех полностью видимых частиц на верхней и нижней пластях готовой плиты на произвольных участках плиты площадью 200·200 мм2 при помощи транспортира. Погрешность измерения составляла 0,5%.
Усредненные результаты по 10 измерениям представлены в таблице 1.
Средневзвешенный угол ориентации αср определялся как сумма произведений средних углов отклонения частиц αi на долю частиц γi на участке:
Например, для V=0,106 м/с:
αср=7,5·0,02+23·0,01+38·0,03+53·0,06+68·0,11+83·0,77=76,03 [град]
Результаты экспериментов показывают, что заданный средневзвешенный угол ориентации частиц имеют плиты, сформированные при скоростях направляющего органа, близких к расчетным по формуле, предложенной автором.
Изобретение позволяет повысить качество ориентации древесных частиц, что повышает прочность многослойных древесностружечных плит из ориентированной стружки. Кроме того, ориентация частиц всех слоев стружечного ковра возможна на однотипных устройствах.
| Таблица 1 | ||||
| Отклонение частиц для различных скоростей перемещения направляющего органа | ||||
| Пределы отклонения частиц от оси ориентации, град | Средний угол отклонения αi, град | Доля частиц на участке γi, % | ||
| V=0,025 м/с | V=0,065 м/с | V=0,105 м/с | ||
| 0-15 | 7,5 | 78 | 3 | 2 |
| 16-30 | 23 | 11 | 13 | 1 |
| 31-45 | 38 | 7 | 62 | 3 |
| 46-60 | 53 | 2 | 11 | 6 |
| 61-75 | 68 | 2 | 7 | 11 |
| 76-90 | 83 | 0 | 4 | 77 |
| Средневзвешенный угол ориентации αср, град | ||||
| 13,5 | 50,67 | 76,03 |
Способ ориентации древесных частиц, включающий подачу стружки на направляющий орган и перемещение соседних ветвей направляющего органа в противоположных направлениях со скоростью V0, отличающийся тем, что перемещение направляющего органа осуществляют со скоростью (м/с), определяемой по формуле
где V0 - скорость перемещения направляющего органа, при которой угол ориентации частиц минимален;
α - требуемый угол ориентации частиц;
h - расстояние между соседними ветвями направляющего органа, м;
l - длина ориентируемых частиц, м.
