§ 83. Управление режимом горячего прессования

В деревообрабатывающей промышленности процессы горячего прессования широко используют в производствах древесных плит (ДСтП и ДВП), фанеры, мебели (фанерование пластей и кромок, изготовление гнутых деталей и т. д.). Процессы горячего прессова-

ния определяют производительность участка, цеха и качество про­дукции. Изделия и технологические требования определяют ре­жимы для конкретных изделий.

Особенности горячего прессования древесностружечных плит. Целевая функция при оптимизации процесса прессования плит —

Рис. 179. Модель процесса прессования (а), график прессования (б) Рис. 180. Характеристика изменения показателей процесса

обеспечение условий, при которых за минимальное время (произво­дительность) можно получить плиты заданного качества с низкой себестоимостью. Модель процесса прессования представлена на рис. 179, а.

К входным величинам в данной модели относят: температура плит пресса _пр, давление прессования Р_пр, время прессования Т_пр, влажность пакета W^н_пaк, масса пакета m_пaк, норма расхода свя­зующего р %, количество отвердителя G_OtB. время отверждения Т₂.

Выходными величинами являются: объемная масса пакета _V, толщина пакета h, физико-механические характеристики [ _изг] и [ _раст], конечная влажность пакета W^к_пaк. Характер изменения этих величин показан на рис. 180. Кривые 1, 2 характеризуют из­менение температуры наружного и внутреннего слоя; 4 —изме-

нение влажности пакета W; 6 — изменение отвержденного связую­щего G_oтв; 5 — изменение объемного веса m_пак.

Выбор правильного режима прессования определяется необхо­димым соотношением между скоростью прогрева стружечного па­кета в прессе и скоростью отверждения связующего, зависящих от температуры плит пресса.

Временный график прессования представлен на рис. 179, б. Его можно разделить на стадии: загрузка плит и смыкание плит t₃; повышение давления — t _п. _д; уплотнение — t _y; снижение давле­ния — t_c. _и; размыкание плит и опускание — t_о; выгрузка плит — t_B Цикл прессования — t_ц. Период подъема давления и выдержки плит под давлением (уплотнение) оказывает решающее влияние на качество плит.

Исследованиями, выполненными на кафедре автоматизации про­изводственных процессов БТИ, установлена зависимость времени подъема и стабилизации давления прессования от технологических параметров процесса:

где G_K — средний вес ковра; k₁₄ — соотношение слоев ковра; k_y -отношение наружного слоя; W_BH — влажность осмоленной стружки.

Использование этого уравнения позволяет моделировать про­цесс подъема давления, определять величину t_п до начала прессо­вания и автоматизировать процесс коррекции режима прессования.

Таким образом, пресс — это многомерный объект с недостаточно исследованными взаимосвязями. Выбор правильного режима прес­сования зависит от соотношения скорости прогрева стружечного пакета и скорости отверждения связующего, которые зависят от температуры плит пресса. В работах [4, 18] приведены математиче­ские зависимости, определяющие отверждение связующего. Время отверждения связующего определяется:

где t — время отверждения при температуре °С; t₀ — время от­верждения при температуре ₀; — постоянный коэффициент.

Общее время протекания процесса t_п = t₁ + t_K можно выра­зить уравнением

где t_K — время пребывания плиты при конечной температуре _К= ₂— ₁

Последнее уравнение дает возможность оценить влияние на время отверждения связующего, продолжительности нарастания температуры пакета до максимального значения, времени выдержки плит при конечной температуре и величины конечной температуры.

По каналу «теплоноситель — температура нагревательной плиты» передаточная функция имеет вид:

Структурная и математическая модели процесса позволяют фор­мировать теоретические, методологические предпосылки к изуче­нию объектов и созданию техно­логических основ автоматизации процесса.

Технологические основы прессо­вания фанеры. Они определяются оптимальным распределением тем­пературы внутри пакета. Рас­смотрим случай нагрева склеивае­мого пакета в промежутке плит пресса.

Этот пакет нагревается с двух сторон и для модели принимаем, что правая сторона нагревается одинаково с левой стороной па­кета. Левая часть полупакета (рис. 181), где плоскость, образуе­мая гранью, совпадающей с серединой пакета, оказывается изоли­рованной в тепловом отношении, т. е. нагрев левого и правого полупакета будет проходить симметрично. Можно считать, что вдоль каждой плоскости, параллельной рубашкам, температура будет одна и та же.

Если провести ось ОХ, перпендикулярно ко всем этим плоско­стям, то температура Э в каждой точке оси ОХ зависит от времени t и абсциссы X, поэтому выделим в направлении оси ОХ призматиче­ский участок с основанием dF. Через сечение этого участка за ма­лый промежуток проходит количество тепла

где Q — количество теплоты; — коэффициент теплопроводности, Дж °С; — температура, °С; X — расстояние, м; t — время, с. Если взять элементарный участок между сечениями X и X + Х, то количество тепла, которое придет через второе сечение за время dt, равно

или

С учетом этих выражений уравнение (120) превратится в диффе­ренциальное уравнение первого порядка

Это тепло пойдет на повышение температуры в пакете на величину d . Бесконечно малое количество тепла можно также представить как

где с — удельная теплоемкость, Дж/кг град; — плотность, кг/м³. Если приравнять уравнения (116) и (117), то после сокращения получим:

или

Перейдя к частной производной, из (118) получим

Уравнение (119) есть дифференциальное уравнение теплопро­водности для одновременного потока тепла и отражает зависимость между температурой, временем и координатой расположения точки на оси X.

Будем считать, что точки на оси X расположены на небольшом расстоянии и температура для каждой из этих точек есть функ­ция лишь времени. Подставим координату Х_j некоторой точки j в уравнение:

Частная производная приближенно может быть выражена через значения функции (X, t) в точке X_j и в двух сосед­них с ней точках j + 1 и j—1 формулой:

где

Если рассматривать j точек (узлов) в объекте исследования, то получим систему дифференциальных уравнений.

Таким образом, математическая модель процесса может быть сформулирована в виде дифференциального уравнения типа

где Т — постоянная времени; = ( _i— _i-1)/ ₀ — температура в безразмерной форме; ₁ — мгновенное значение температуры в мо­мент измерения i; ₀— номинальное значение температуры; k — коэффициент передачи; (t) — возмущающее воздействие в без­размерной форме = (Q_i—Q_i-1)/Q_max — степень открытия вентиля; Q_i, Q_i-1— количество теплоты, переданное фанере в момент i и i—1 соответственно; Q_max — количество теплоты, передаваемое, через плиты пресса фанеры при полностью открытом вентиле.

Если обозначить (Х_j, ) через _j, , то

Автоматизация прессовых агрегатов. При этом решают две задачи автоматизацию цикла; автоматическое регулирование техно­логических параметров. Автоматизация циклов работы прессов для горячего прессования различных изделий (древесных плит, фанеры, гнутых изделий и т. д.) имеет одинаковое принципиальное построе­ние. Управление ими связано с автоматической координацией операций в циклическом процессе. На первой стадии автоматиче­ское устройство определяет момент начала загрузки пресса, за­пускает транспортирующее устройство, подающие плиты. На вто­рой стадии идет выполнение технологических режимов смыкания плит пресса, выдержка под давлением по определенному графику. На третьей стадии после окончания процесса автоматические уст­ройства включают транспортные механизмы и происходит выгрузка готового материала (плит и т. д.).

Автоматическое регулирование технологических процессов и обеспечение режимов выполняются в основном локальными систе­мами: программирования и стабилизации давления по участкам, стабилизации температурного режима и времени выдержки под давлением изделия.

Наиболее перспективны системы управления прессовыми уста­новками с использованием ЭВМ. На рис. 182 представлена схема управления прессовым агрегатом с обогревом плит горячей водой от аккумулятора с использованием миниЭВМ в системе АСУ ТП.

Управление может быть реализовано с использованием микро-или миниЭВМ.

Рис. 182. Функциональная схема контроля и регулирования прессовой установки

Применение ЭВМ позволяет оптимизировать режим прессова­ния по фактической информации о полуфабрикатах, поступающих на обработку.

Управление циклом работы непрерывных прессовых установок и их технологическими режимами принципиально не имеет отличий.