Автоматика и автоматизация производственных процессов

Министерство образования  РФ

Санкт-Петербургский  государственный лесотехнический

университет им. С. М. Кирова

 

 

 

 

 

Кафедра АПП

 

 

 

Автоматика  и автоматизация производственных процессов

 

 

 

 

Курсовой проект

 

Автоматизация процесса сушки лущеного шпона в  роликовой сушилки непрерывного действия СУР-4

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент ф-та МТД 6к. 3гр.з.о

Никифоров.М.Н

з.кн. № 08059

 

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013

 

 

Содержание:

 

   Введение………………………………………………………………………………  3

 

1.Характеристика технологического  объекта исследования………………………...  4

 

1.1 Характеристика входного сырья…………………………………………………..   4

 

1.2 Технология сушки шпона………………………………………………………….   5

 

1.3 Испытания лущеного шпона………………………………………………………   8

 

1.4 Характеристика роликовой сушилки СУР-4……………………………………..  9

 

1.5 Механизированная загрузка шпона………………………………………………   15

 

1.6 Механизированная выгрузка шпона……………………………………………..   16

 

1.7 Управление процессом сушки в СУР-4…………………………………………   17

 

2. Обоснование требований к системам автоматизации……………………………  19

 

3. Основные решения по автоматизации…………………………………………….    22

 

4. Функциональная схема……………………………………………………………...    31

 

5. Принципиальная электрическая  схема……………………………………………..    35

 

Заключение……………………………………………………………………………...   33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Автоматика - отрасль науки и техники, которая исследует и применяет теорию автоматического управления, принципы построения автоматических систем и технических средств для реализации этих систем.

Автоматизация - комплекс организационных и технических мероприятий, позволяющих осуществлять технологический процесс и управлять им без участия человека. При этом в комплекс мероприятий входит как совершенствование существующих технологий, так и разработка новых прогрессивных технологических процессов и проектирование на их основе автоматизированного технологического оборудования.

 Целью автоматизации является  повышение производительности труда,  улучшение качества продукции,  рост коэффициента использования  оборудования, улучшение условий  труда, полное исключение вредных для здоровья человека технологических операций.

В деревообрабатывающей промышленности к основным процессам гидротермической обработки древесины относят  сушку – процесс удаления излишней влаги из древесины. Сушка предопределяет качество готовой продукции. Сушка листовых материалов выполняется в камерах непрерывного действия – роликовых сушилках, в которых сушильным агентом является горячий воздух.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Характеристика технологического объекта управления.

1.1 Характеристика входного  сырья.

 Шпоном называется тонкие листы древесины, полученные лущением или строганием. Лущеный шпон является не только полуфабрикатом для изготовления фанеры и фанерной продукции, но и самостоятельной товарной продукцией, используемой обычно в мебельной промышленности для облицовки щитов и получения клееных деталей, а также в ряде других производств, обеспечивая более рациональное использование сырья, чем при использовании пиломатериалов:

а) в тарном производстве из толстого шпона делают ящичные дощечки, при этом расход древесины снижается по сравнению с вариантом пиления на 60%. Толщина шпона может составлять 4 - 8 мм;

б) в спичечном производстве шпон идет на изготовление спичечной соломки и коробок. Здесь предъявляются очень высокие требования к качеству шпона - стабильная толщина, гладкая поверхность. Основная порода - осина, толщина шпона 1,65 -2,3;

в) в карандашном производстве шпон идет на изготовление карандашной дощечки толщиной 6 мм. Основная порода - кедровая сосна. При этом полезный выход составляет всего 28-31% (при выпиливании только 15%);

г) в производстве паркетных досок из шпона получают планки лицевого покрытия. Расход древесины на 1 м² снижается почти в 3 раза по сравнению с выпиливанием.

Технические условия на лущеный  шпон указаны в ГОСТ 99 - 96. Длина листов шпона колеблется в пределах от 0,8 до 2,5 м, ширина - от 0,15 до 2,5 м.

При разработке данного курсового  проекта входным сырьём является берёзовый шпон толщиной - 1,5.±0,10мм, в основном применяется в производстве фанеры.

Обозначения сортов лущеного шпона по различным стандартам

Лиственные породы			Хвойные породы
по ГОСТ 3916.1-96	для экспор- тной фанеры	по ГОСТ 3916.1-89	по ГОСТ 3916.2-96	по ГОСТ 3916.2-89
Е	-	А	Ех	-
I	В	АВ	Ix	AX
II	ВВ	В	IIx	ABX
III	СР	ВВ	IIIx	BX
IV	С	С	IVx	CX

Влажность товарного шпона должна составлять 8 ± 2%.

 

Рекомендуемые направления использования  лущеного шпона различных сортов

Сорт	Направление использования
Е,ЕХ,I,Ix	Для лицевых поверхностей под прозрачную отделку
II,IIx	Для поверхностей различного назначения под все виды отделки
III,IIIx	Для поверхностей изделий преимущественно  конструктивного назначения под  непрозрачную отделку
IV,IVx	Без предъявления требований к внешнему виду изделий

 

1.2 Технология сушки шпона

Наличие свободной и связанной  влаги в древесине определяет два периода сушки шпона. Удаление свободной влаги не вызывает усушки древесины и может происходить при более жестких режимах. При влажности ниже 30% в древесине остается только связанная влага, удаление которой требует больших энергозатрат и влечет за собой явление усушки. (Данная особенность характерна для всех капилярно - пористых тел. Например, отжимая мокрую тряпку, мы удаляем свободную влагу, находящуюся между ниток, но не можем удалить влагу,пропитывающую сами нитки).

Рис.1. Характер процесса сушки древесины: Wн -начальная влажность шпона, Wк – конечная влажность шпона, t1 - первый период сушки, t2 – второй .

 

 

 

 

Как видно из рис 1, в диапазоне от Wн до 30 %, то есть в период удаления свободной влаги, процесс идет с постоянной скоростью N %/ мин и график изменения влажности во времени выражается наклонной прямой. В диапазоне от 30% до Wк удаляется связанная влага и процесс выражается экспоненциальной кривой. Для характеристики скорости сушки в этом случае применяют показатель, называемый коэффициент скорости сушки Кс.

В соответствии с этим время сушки  выражается следующей зависимостью, мин:

 

 

где К_п – коэффициент, учитывающий породу древесины; для березы -1, для сосны и лиственницы в зависимости от температуры агента сушки - 1,2 (до 110^ОС); 1,0 (110 - 125 ^ОС); 0,9 (при температуре 130 ^ОС и более);

К_ц - коэффициент, учитывающий направление циркуляции воздуха. При продольной циркуляции К_ц =1, а при поперечной зависит от температуры:

 

Средняя температура, 0С	110	120	130	140	180	200
Кц	0,76	0,80	0,85	0,87	0,90	0,95

 

Величины N и Кс зависят от параметров процесса сушки, из которых важнейшими являются:

1. Температура агента сушки (Т). Установлено, что наибольшая скорость сушки наблюдается в первом периоде при температуре не ниже 250 ⁰С, а во втором периоде - при температуре не более 180 - 200 ⁰С (при сохранении качества шпона). В расчетах используют среднюю температуру как полу-сумму температур на входе и выходе воздуха из сушилки.

2. Направление потока и скорость движения агента сушки (v). Относительно движения листа шпона в сушилке различают продольную и поперечную циркуляцию агента сушки, а также вариант, называемый “сопловое дутье” ( рис. 2).

 

Рис.2 Направление циркуляции агента сушки относительно направления  движения шпона: 1- продольное, 2- поперечное, 3- с сопловым дутьём

 

 

 

В первом случае скорость циркуляции агента сушки составляет 1-3 м/с, во втором - 2-4 м/с при более высокой равномерности  распределения скоростей по высоте сушилки. При сопловом дутье воздух падает на шпон под углом 90^о со скоростью 10 - 14 м/с. При этом интенсивно разрушается слой влажного воздуха на поверхности шпона и влагоотдача увеличивается. При этом способе

продолжительность сушки  сокращается в 2-2,5 раза.

3. Относительная влажность воздуха (j). При температуре свыше 100 ^оС оказывает незначительное влияние на продолжительность сушки. Она колеблется в пределах от 1 до 16 %.

4. Толщина шпона (Sш). Влияние толщины шпона на продолжительность сушки может быть выражено зависимостью

,

где а - эмпирический коэффициент.

5. Порода древесины. Фактически на продолжительность сушки оказывает влияние плотность древесины. Для учета этого фактора вводится коэффициент поправки на породу, равный отношению базисной плотности данной породы к базисной плотности березы, принимаемой равной 510 кг/мз.

Для практических целей значения N в %/мин и Kс в мин-1 определяются по следующим эмпирическим формулам:

- для роликовых сушилок с  поперечной циркуляцией

             ;                                       

6.Усушка шпона минимальна вдоль волокон (0,25- 0,35%). В радиальном направлении, то есть по толщине шпона, она составляет 5-6% и в тангенциальном направлении (по ширине листа) 7-11%. По площади листа усушка неравномерна из-за неоднородностей строения древесины. Это приводит к гофристости, короблению и растрескиванию шпона. Основным фактором, влияющим на усушку, является температура агента сушки. Чем выше температура, тем меньше тангенциальная усушка.

 Например, увеличение температуры со 110 до 180 ⁰С снижает усушку с 7,5 до 5 %.

Имеет значение и толщина шпона. С увеличением толщины усушка по ширине резко уменьшается, а по толщине увеличивается.

Величина тангенциальной и радиальной усушки может быть определена по формуле:

Поправочные коэффициенты на толщину  шпона, температуру и породу древесины  составляют:

Данные эмпирические зависимости  действительны при влажности шпона Wк = 0-23 %, толщине шпона S_ш = 0,4 -3,5 мм, температуре агента сушки 100-250 ⁰С.

 

 

1.3 Испытания лущеного шпона

 

Для лущеного шпона согласно ГОСТ 20800 - 75 требуется определение  его плотности, влажности и предела прочности при растяжении. Плотность и влажность шпона определяют на образцах размером 100 х 100 х Sш, мм, где Sш - толщина шпона. Допускается определять влажность на образцах любой формы, но массой не менее 3 г. Размеры образцов для определения прочности составляют 200 х 20 х Sш при растяжении вдоль волокон, 240 х 20 х Sш при растяжении поперек волокон и 240 х 140 х Sш при растяжении под углом 450.

 Плотность при данной влажности ρ_w (кг/м3) и влажность шпона W (%) можно определять на одних и тех же образцах. Расчетные формулы имеют вид

               ;                                       

где m1 - масса образца до высушивания,

 m2 - то же после высушивания, г, до абсолютно сухого состояния при температуре 103±20С;

l, b и Sш - размеры образца, мм.

Массу образца определяют с точностью 0,01 г, длину и ширину образцов с точностью 0,1 мм, а толщину образцов с точностью 0,01 мм, то есть с использованием микрометра. При определении предела прочности при растяжении на концы образцов приклеивают шпон или тонкую фанеру длиной, равной ширине образца, и шириной 30 мм. Образец устанавливают в захваты испытательной машины строго по оси захватов и нагружают со скоростью, обеспечивающей время испытания 60±30 с при испытании образцов вдоль волокон и 30±15 с при испытании образцов поперек волокон или под углом 450. Образцы, разрушившиеся не в рабочей части, в расчет не принимают, и они должны быть заменены.

Предел прочности определяют по формуле, МПа

бр = Рмах/bSш

где Рmax - разрушающая нагрузка, Н ; b и Sш - ширина и толщина образца, мм

 

 

 

 

 

 

Нормативные показатели прочности лущеного шпона, МПа, не менее

Показатель	Береза
Прочность при растяжении: вдоль волокон	75
поперек волокон	,5