Моделирование и управление процессом камерной сушки мебельных заготовок дуба тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат технических наук Вариводина, Инна Николаевна

• Вариводина, Инна Николаевна
• кандидат технических наук
• 1993

Оглавление диссертации кандидат технических наук Вариводина, Инна Николаевна

В В Е Д Е Н И Е.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА СУШКИ МЕБЕЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ДУБА В КОНВЕКТИВНЫХ СУШИЛЬНЫХ КАМЕРАХ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ . S

1.1. Анализ существующих методов контроля влажности и внутренних напряжений в древесине в процессе проведения камерной сушки

1.2. Методы математического моделирования процесса сушки мебельных заготовок

1.3. Существующие структуры управления процессом сушки мебельных заготовок.

1.4. Цель и задачи иследований

Выводы

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТОВ ВЛАЖНОСТИ, ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ВЫСУШИВАЕМОЙ ДРЕВЕСИНЕ, ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА СУШКИ И ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ СУШИЛЬНЫХ КАМЕР

2.1. Особенности теории расчетов влажности и внутренних напряжений в высушиваемой древесине.

2.2. Построение моделей процесса камерной сушки мебельных заготовок

2.3. Статика, динамика, передаточные функции сушильных камер как объектов регулирования . 4S Выводы.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАМЕРНОЙ СУШКИ

МЕБЕЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК.

3.1. Методы экспериментов и измерительные приборы . 5S

3.2. Метод экспертных оценок процесса сушки как объекта управления

3.3. Основные результаты опытных сушек

3.4. Закономерности изменения влажности заготовок

3.5. Закономерности изменения внутренних напряжений

3.6. Растрескивание заготовок и качество сушки

Выводы

ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

СУШКИ МЕБЕЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ДУБА. 9S

4.1. Получение коэффициентов математических моделей на ЭВМ по данным эксперимента.

4.2. Разработка системы автоматической оптимизации режимов процесса сушки

4.3. Разработка вычислительных процедур, алгоритмов оптимизации режимов процесса сушки методом стохастических автоматов

4.4. Компьютерная реализация математических моделей, алгоритмов, программ оптимизации параметров режима процесса камерной сушки

Выводы.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

КАМЕРНОЙ СУШКИ МЕБЕЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ДУБА

5.1. Вопросы технической реализации оптимальных режимов сушки мебельных заготовок

5.2. Автоматическое регулирование температуры и влажности агента сушки.

5.3. Разработка рекомендаций по дистанционному контролю и автоматическому регулированию параметров агента сушки в сушильной камере с компьютерной поддержкой процесса.

Выводы.

ГЛАВА 6. ВНЕДРЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ СУШКИ. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ. ЭК0Н0МИЧЕКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ

6.1. Внедрение в производство оптимальных режимов сушки и технических средств автоматизации

6.2. Рекомендации по совершенствованию технологического процесса камерной сушки мебельных заготовок

6.3. Расчет экономического эффекта от внедрения оптимальных режимов сушки

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «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.

Заключение диссертации по теме «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки», Вариводина, Инна Николаевна

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:

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Вариводина, Инна Николаевна, 1993 год

1. Кречетов И.В. Сушка и защита древесины.—М.: Лесная промышленность, 1987,— с.135.

2. Кречетов И.В. Сушка древесины.-М.: Лесная промышленность, 1980.- с.210.

3. Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение.-М.: Экология, 1991.- с.214.

4. Музалевекий В.И., Леонов Л.В. Технологические измерения и приборы в лесной и деревообрабатывающей промышленности: Учебник для вузов—М.: Экология, 1991.— С.400.

5. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины.- Архангельск, 1985.— с.135.

6. Уголев Б.Н. Внутренние напряжения в древесине при ее сушке. Гослесбумиздат, 1959.— с.115.

7. Лепарский Л.О. Исследование усадки и напряжений в древесине в условиях высокотемпературной сушки при изготовлении строительных деталей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1975.— с.15.

8. Шульгин Ю.Н., Билюба В.ф. Оптимизация режимов сушки технологической древесины/Тезисы докладов к Всес.науч.-технич.лсовещ."Сушка древесины".- Архангельск, 1975.- с.23

9. Билюба В.ф., Шульгин Ю.Н. Метод планирования экстремальных экспериментов для задачи идентификации процесса высокотемпературной сушки технологической древесины / Экстремальные задачи