Технология композиционных клееных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО "Сибирский государственный технологический университет"

Кафедра технологии композиционных материалов и древесиноведения

Контрольная работа по дисциплине

"Технология композиционных клееных материалов"

Выполнила: Иванова Кристина Юрьевна

Проверил: Ковальчук Т.А.

Красноярск 2010

Содержание

1. Характеристика выпускаемой продукции

2. Технологические расчеты

2.1 Характеристика параметров режима горячего прессования

2. Построение диаграммы прессования

2.3 Расчет производительности цеха

2.4 Расчет потребности в сырье и материалах

3. Разработка технологической схемы производства ДСтП

4. Расчет расхода материала на стадиях производства ДСтП

5. Подбор и расчет необходимого количества оборудования

Вывод

1. Характеристика выпускаемой продукции

Таблица 1.1 - Исходные данные

Характеристика выпускаемой продукции
Марка плиты	П-А
Конструкция плит	Трехслойная
Размеры плит, мм	3660*1750*20
Плотность плит, кг/м 3	700
Характеристика используемого сырья
Вид сырья	Технологическая щепа
Влажность сырья, %	30
Порода	Осина
Условия производства
Температура плит пресса, 0С	180
Число рабочих промежутков пресса	20

Таблица 1.2 - Физико-механические показатели ДСтП марки П-А

Наименование	Показатели
Влажность готовых плит	8
Разбухание по толщине: за 24 часа, % за 2 часа, %	22 12
Предел прочности при изгибе, МПа, для плиты толщиной 16 мм	16
Предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти плит, МПа, для плиты толщиной 16 мм	0,3
Удельное сопротивление выдергиванию шурупов, Н/мм 2, из пласти из кромки	60 50
Покоробленность, мм	1,2
Шероховатость поверхности пласти, мкм а) с сухой поверхностью б) после 2 ч вымачивания	32 120

2. Технологические расчеты

2.1 Характеристика параметров режима горячего прессования

Производительность цеха по производству ДСтП определяется производительностью головного оборудования - прессовой установки. Производительность пресса зависит от принятого режима прессования, который выбирается с учетом плотности готовых древесностружечных плит, рецептуры связующего и температуры плит пресса.

Под режимом прессования понимают условия, при которых осуществляется процесс прессования плит. Основными характеристиками режима прессования являются:

- температура прессования (плит пресса);

- давление прессования;

- продолжительность прессования.

Цикл прессования плит

Продолжительность горячего прессования определяет свойства готовых плит и производительность прессовой установки. Цикл прессования состоит из собственного горячего прессования и вспомогательных операций и может быть рассчитан по следующей формуле:

ф ц = ф пр + ф всп, (2.1)

где ф пр - продолжительность прессования (время с момента достижения максимального давления до начала раскрытия плит пресса), мин;

ф всп - суммарная продолжительность вспомогательных операций (время загрузки и выгрузки пакета, смыкание и размыкание плит пресса, продолжительность подъема давления), мин.

Продолжительность вспомогательных операций цикла прессования вычисляется по формуле:

ф всп = ф заг + ф с + ф пд + ф р, (2.2)

где ф заг - продолжительность загрузки и разгрузки пресса, мин;

ф с - продолжительность смыкания плит пресса, мин;

ф пд - продолжительность подъема давления, мин;

ф р - продолжительность размыкания плит пресса, мин.

Продолжительность вспомогательных операций цикла прессования выбираем из таблицы 2. прессование плита давление

ф всп = 0,15 +0,18 + 0,7 + 0,30 = 1,33 мин.

Таблица 2 Продолжительность вспомогательных операций цикла прессования

Наименование стадии	Продолжительность стадии, мин
Продолжительность загрузки и разгрузки, ф заг	0,09…0,25
Продолжительность смыкания плит пресса, ф с	0,09…0,25
Продолжительность подъема давления, ф пд	0,5…0,85
Продолжительность размыкания плит пресса, ф р	0,25…0,5

Продолжительность прессования определяется по формуле:

ф пр = ф 1 + ф 2 + ф 3 = ф уд (S+?S), (2.3)

где ф 1 - продолжительность выдержки плит в прессе при максимальном давлении, мин (принимают равным 0,3 ф пр);

ф 2 - продолжительность снижения давления, мин (принимают равным 0,6 ф пр);

ф 0 - продолжительность выдержки плит в прессе без давления, мин (принимают равным 0,1 ф пр);

ф уд - удельная продолжительность горячего прессования, мин/мм;

S - толщина готовых плит, мм (по заданию 20 мм);

?S - припуск по толщине на шлифование плит, мм (принимается равным для поддонного способа 1,5 мм, пи бесподдонном способе производства - 1,0 мм).

Принимаем по таблице 2: ф уд = 0,35 мин/мм при температуре прессования 180 °С для плит плотностью 700 кг/м 3, S = 20 мм; ?S = 1,5 мм; температура плит пресса 180°С.

Подставляя данные в формулу (2.3), получаем

ф пр = 0,35 (20 +1,5) = 7,53 мин.

Подставляя данные в формулу (2.1), получаем

ф ц= 7,53 +1,33 = 8,86 мин.

Таблица 3 Удельная продолжительность горячего прессования древесностружечных плит в многоэтажных прессах периодического действия

Температура плит пресса, 0С	Удельная продолжительность прессования ф уд, мин/мм, при плотности плит, кг/м 3
	550	600	650	700	750	800
160	0,30	0,33	0,36	0,39	0,42	0,45
170	0,28	0,31	0,34	0,37	0,40	0,42
180	0,27	0,29	0,32	0,35	0,37	0,40
190	0,25	0,28	0,30	0,33	0,35	0,38
200	0,24	0,27	0,29	0,32	0,34	0,36

Таблица 4 Удельное давление горячего прессования

Удельная продолжительность горячего прессования пит, мин/мм	Удельное давление, МПа, в зависимости от плотности плит, кг/м 3
	550	600	650	700	750	800
Свыше 0,4	-	-	-	2,0…2,2	2,2…2,4	2,6…2,9
От 0,3 до 0,4	1,5…1,8	1.8…2,1	2,2…2,4	2,4…2,7	2,7…2,9	2,9…3,1
Менее 0,3	2,0…2,2	2,2…2,4	2,4…2,7	2,7…2,9	2,9…3,2	3,2…3,5

2.2 Построение диаграммы прессования

Под диаграммой прессования понимают график изменения давления прессования во времени. Величина давления зависит от плотности прессуемых плит, продолжительности прессования и других факторов. Величину давления прессования выбираем по таблице 4. Давление прессования для плит плотностью 700 кг/м 3 и ф уд = 0,35 мин/мм составит 2,6 Мпа.

Во время прессования величина давления должна быть несколько больше, чем упругое сопротивление пакета сжатию. Поскольку во время выдержки сопротивление пакета сжатию уменьшается, следует снижать и давление прессования, чтобы не допускать прогиба плит пресса. Диаграмму прессования строят с учетом полученных значений и величины удельного давления.

На рисунке 1 приведена диаграмма прессования плит толщиной 20 мм.

Рисунок 1. Диаграмма прессования древесностружечных плит толщиной S = 20 мм.

ф з - продолжительность загрузки и выгрузки пакета (0,15);

ф с - продолжительность смыкания плит пресса (0,15);

ф пд - продолжительность подъема давления (0,7);

ф 1 - продолжительность выдержки при максимальном давлении;

ф 2 - продолжительность снижения давления;

ф 4 - продолжительность выдержки плит в прессе без давления;

ф р - продолжительность размыкания плит пресса (0,3 с);

ф пр - продолжительность горячего прессования (7,53 мин);

ф ц - продолжительность цикла прессования (8,86 мин);

Pmax - максимальное давление прессования 2,6 МПа.

2.3 Расчет производительности цеха

Расчет производительности цеха ДСтП производят с учетом продолжительности цикла горячего прессования, размеров готовых плит и числа рабочих промежутков пресса.

Часовая производительность пресса, м 3/ч, рассчитывается по формуле:

П ч = 60 • К • n • l • b • S / ф ц, (2.4)

где К - коэффициент использования рабочего и машинного времени главного конвейера, К = 0,85…0,95;

n - число рабочих промежутков пресса (по заданию);

l, b, S - длина, ширина и толщина готовых плит, м.

П ч = 60 •0,9•20•3,66•1,75•0,020/8,86 = 15,614 м 3/час.

Годовая производительность м 3/год, рассчитывается с учетом годового фонда рабочего времени по формуле:

П год = Пч • А • Кг, (2.5)

где Кг - коэффициент, учитывающий среднегодовые условия труда. Для Красноярска Кг - 0,88

А - число рабочих дней в году.

Число рабочих дней в году А определяется по формуле:

А = n•m•T, (2.6)

где n - фонд рабочего времени, дней;

m - число рабочих смен в сутки;

T - продолжительность рабочее смены.

Принимаем: m = 3 смены; T = 8 часов.

Максимальная производительность цехов по производству древесно-стружечных плит достигается за счет работы по скользящему четырехбригадному графику по 8 часов в смену без перерыва между сменами и без остановки в выходные дни. Для цехов, работающих с непрерывным циклом, принят следующий режим работы:

Число дней в году - 366

Число дней на капитальный ремонт - 20

Число дней на профилактический ремонт - 34

Праздничные дни - 12

Итого нерабочих дней - 65

Фонд рабочего времени - 300

А = 300 • 3 • 8 = 7200 ч.

П год = 15,614 • 7200 • 0,88 = 98936,0064 м 3/год.

П год = 98936 м 3/год.

2.4 Расчет потребности в сырье и материалах

Часовая потребность в сырье, кг/час, определяется с учетом начальной влажности сырья и плотности готовых плит по формуле:

Gдр = Пч • гWдр • q • Кn, (2.7)

где гWдр - плотность древесины заданной влажности, кг/м 3, принимают по таблице 4;

q - удельный расход древесного сырья, м 3/м 3, принимают по таблице 6;

Кn - коэффициент, учитывающий потери древесины при изготовлении древесностружечных плит, определяют с учетом потерь на различных теологических операциях.

Таблица 5 - Плотность древесины основных пород Сибири при различной влажности

Порода	Плотность древесины, кг/м 3, при заданной влажности, %
	0	30	50	80	100
Береза	600	680	790	938	1050
Ель	429	490	560	674	750
Кедр	411	466	538	646	718
Лиственница	630	710	820	963	1100
Осина	470	540	620	733	830
Пихта	350	410	470	555	630
Сосна	470	550	640	740	850
Тополь	430	500	570	674	760

Таблица 6 - Удельный расход древесного сырья на 1 м 3 плит (без учета породы древесины)

Плотность готовых плит, кг/м 3	Удельный расход сырья, м 3/м 3
550	1,49
600	1,55
650	1,60
700	1,70
750	1,75
800	1,80

Плотность древесины осины при влажности 30% составляет 540кг/м 3, удельный расход древесного сырья 1,70 м 3/м 3.

Коэффициент общих потерь рассчитывают по формуле:

Kn = Кразн • Ксорт щ • Кс • Ксуш • Ктр • Кобр • Кшл, (2.8)

Значения коэффициентов пооперационных потерь принимаем по таблицам 7 и 8.

Kn = 1,06 • 1,05 • 1,03 • 1,01• 1,05 • 1,075 = 1,307

Gдр = 15,614 • 540 • 1,70 • 1,307 = 18735,163 кг/ч

Таблица 7 - Значение коэффициентов потерь сырья на различных стадиях производства ДСтП

Наименование коэффициента потерь	Значение коэффициента
Кразн - коэффициент потерь при разделке сырья на метровые чураки	1,09
Ксорт щ - коэффициент потерь при сортировке цепы	1,06
Кс - коэффициент потерь при изготовлении и сортировке стружки: - из круглых лесоматериалов - из кусковых отходов лесопиления и Д/О производств - из технологической щепы	1,12 1,10 1,05
Ксуш - коэффициент, учитывающий потери при сушке	1,03
Ктр - коэффициент, учитывающий потери при транспортировке стружки	1,01
Кобр - коэффициент потерь сырья при форматной обрезке плит	1,05

Таблица 8 - Значение коэффициентов потерь сырья на операции шлифования плит (Кшл)

Толщина шлифованных плит, мм
10	13	16	19	22	25
1,15	1,11	1,09	1,08	1,07	1,06

Часовой расход жидкой смолы стандартной концентрации, кг, определяют по формуле:

Gж см = Пч • гдр 0 • q • Кn •Р •Ксм/k, (2.9)

где гдр 0 - плотность древесины при нулевой влажности. Принимают по таблице 5;

Р - норма расхода абсолютно сухой смолы в процентах по отношению к весу абсолютно сухой стружки. Принимают по таблице 9;

Ксм - коэффициент учитывающий потери смолы при обработке плит (обрезки и шлифование), принимают по таблицам 7 и 8;

k - стандартная концентрация смолы, %, принимают для карбамидоформальдегидных смол - 66±2%.

Плотность древесины осины при влажности 0% составляет 470 кг/м 3, удельный расход древесного сырья 1,70 м 3/м 3, норма расхода абсолютно сухой смолы в процентах по отношению к весу абсолютно сухой стружки 13,5%.

Gж см = 15,614 • 470 • 1,70 • 1,307 • 13,5 •(1,05 • 1,075)/66 = 3764,862 кг.

Таблица 9 - Норма расхода абсолютно сухой смолы, % по отношению к абсолютно сухой стружке

Порода древесины	Марка плиты
	П-А	П-Б
Ель, сосна, пихта, кедр, лиственница	12,5	12,0
Береза	13,0	12,5
Осина, тополь	13,5	12,8

Часовой расход отвердителя, кг, для приготовления связующего рассчитывается по формуле:

G отв = G ж см • q отв/100, (2.10)

где q отв - норма расхода отвердителя, %, по отношению к весу смолы стандартной концентрации, приминают q отв = 0,5 … 2%.

G отв = 3764,862 • 1/100 = 37,6486 кг

Часовой расход воды, кг, для доведения смолы до рабочей концентрации определяется по формуле:

G вод = 0,2 G ж см. (2.11)

G вод = 0,2 • 3764,862 = 752,972 кг.

Годовая потребность в основных видах сырья рассчитывается по следующим формулам:

- годовая потребность в древесном сырье

G др год = G др • А; (2.12)

G др год = 18735,163 •7200 = 134893173,6 м 3

- годовая потребность в жидкой смоле

G см год = G см • А; (2.13)

G см год = 3764,862 • 7200 = 27107012,88 кг

- годовая потребность в отвердителе

G отв год = G отв • А; (2.14)

G отв год = 37,648 • 7200 = 271069,92 кг

- годовая потребность в воде

G вод год = G вод • А; (2.15)

G вод год = 752,972 • 7200 = 5421402,72 кг

Результаты расчетов сводим в таблицу 10.

Таблица 10 - Сводная ведомость расхода сырья и материалов в производстве древесностружечных плит

Виды сырья и материалов	Расход сырья
	В час	В год
Древесное сырье, м 3 (вид)	18735,163	134893173,6
Смола жидкая стандартной концентрации, кг (КФ-МТ-15)	3764,862	27107012,88
Отвердитель, кг	37,648	271069,92
Вода, л	752,972	5421402,72

Годовая потребность в электроэнергии на производство плит рассчитывается по формуле

N = П год • nуд, (2.17)

где nуд - удельный расход электроэнергии на 1 м 3 плит, кВт • ч.

Удельный расход электроэнергии на производство 1 м 3 плит составляет от 180 до 210 кВт. С ростом производительности цеха величина удельного расхода электроэнергии снижается.

N = 98936 • 190 = 18797840 Вт • год

3. Разработка технологической схемы производства ДСтП

Разработка технологической схемы производства ДСтП производиться исходя из задания, с учетом вида сырья и данных технологических расчетов.

Сырьем для производства ДСтП является технологическая щепа. Породный состав - осина.

Подготовка стружки начинается с сортировки щепы на СЩ-1. Далее конвейером щепа подается к стружечным станкам типа ДС-7. Полученная стружка пневмотранспортом поступает в вертикальный бункер ДБО-60 для хранения. Затем стружка подается к сушильным установкам типа Н 411-56 "Прогресс". Подача стружки может осуществляться скребковым транспортером. Высушенная стружка сортируется на ДРС-2. Крупная некондиционная фракция поступает на доизмельчение на ДМ-6. Сухая кондиционная стружка поступает на доизмельчение на ДМ-6. Сухая кондиционная стружка поступает в вертикальный бункер ДБО-60 на хранения.

Из вертикальных бункеров стружка, отдельно для внутреннего и наружного слоев, подается в скоростные смесители типа ДСМ-5, где осуществляется ее смешивание со связующим, поступающим из клееприготовительного отделения. Осмоленные древесные частицы поступают по ленточным конвейерам к формирующим машинам типа ДФ-8, отдельно для внутреннего и наружных слоев. Далее производиться разделение сформированного стружечного ковра на пакеты. Поддоны с пакетами подаются в пресс ПР-5 для подпрессовки. Уплотненный стружечный пакет поступает на площадку контрольных весов, где проверяется правильность формирования стружечного пакета по массе. Далее они поступают в загрузочную этажерку 20-этажного пресса горячего прессования типа ПР-6А. После заполнения этажей загрузочной этажерки, пакеты поступают в пресс. По окончании прессования поддоны выталкиваются из пресса в загрузочную этажерку и поступают на механизм отделения плит от поддонов. При этом поддоны, предварительно охлаждаются до температуры 40°С и обратно по конвейеру возвращаются к формирующим машинам, а плиты подаются на форматно-обрезной станок типа ДЦ-3М. После обрезки плиты охлаждаются при помощи веерного охладителя и поступают в штабелеукладчик, где собираются в пакеты и отправляются в отделение выдержки. И отделения выдержки плиты подаются к ДКШ-1 на шлифование, если оно предусмотрено по технологическому процессу.

После шлифования производиться маркировка древесностружечных плит. Затем их направляют на склад готовой продукции. Принципиальная схема производства трехслойных плит показана на рисунке 2.

4. Расчет расхода материала на стадиях производства ДСтП

Часовой расход материала на каждой технологической операции вычисляется с учетом соответствующих коэффициентов потерь по следующим формулам:

- объем древесины, м 3, для изготовления стружки или щепы

G p др = G др / гдрw • К разд; (4.1)

G p др = 18735,163/540•1,09 = 37,817 м 3

- масса сырой стружки или щепы, получаемой на стружечных станках или рубительных машинах

G w стр = G рдр / гдрw/ Кс; (4.2)

G w стр = 37,817 • 540/1,05 = 19448,742 кг

- масса сырой стружки, поступающей на операцию сушки

G СУШ стр = 0,96 • G wстр; (4.3)

G СУШ стр = 0,96 • 19448,742 = 18670,793 кг

- масса сухой стружки, поступающей на хранение после операции сушки

G стр = 0,55 • G СУШ стр / К суш; (4.4)

G стр = 0,55 • 18670,793/1,03 = 9969,841 кг

- масса сухой стружки, поступающей в смесители

G СМ стр = 0,98 • G стр; (4.5)

G СМ стр = 0,98 • 9969,841= 9770,444 кг

- масса осмоленной стружки, поступающей в формирующие машины

G Ф стр = 1,15 • G СМ стр; (4.6)

G Ф стр = 1,15 • 9770,444 = 11236,010 кг

- масса осмоленной стружки, выходящей из формирующих машин

G К стр = 1,01• G Ф стр. (4.7)

G К стр = 1,01 • 11236,010 = 11348,370 кг.

Результаты расчетов сводим в таблицу 11.

Таблица 11 - Пооперационный расход сырья

Часовой расход сырья по стадиям производства и обработки плит	Обозначение	Расход сырья
Часовой расход сырья по стадиям производства и обработки плит	G рдр	37,817
Древесина для изготовления стружки или щепы, м 3	G w стр	19448,742
Сырая стружка или щепа, выходящая из станков или рубительных машин, кг	G w стр •Ксорт щ	20615,667
Масса сырой стружки, поступающей на сушку, кг	G СУШ стр	18670,793
Масса сухой стружки, кг	G стр	9969,841
Масса стружки, поступающей в смесители, кг	G СМ стр	9770,444
Масса осмоленной стружки, поступающей в формирующие машины, кг	G Ф стр	11236,010
Мама стружки, выходящей из формирующих машин, кг	G К стр	11348,370
Объем готовых плит, м 3	Пч	15,614

5. Подбор и расчет необходимого количества оборудования

Подбор оборудования осуществляется согласно принятой технологической схеме производства плит, с учетом его производительности и загрузки. Количество единиц оборудования на каждой технологической операции рассчитывается по формуле:

n расч = G дрI / (Пч •Кu), (5.1)

где G дрI - часовой расход материала на каждой технологической операции, кг, (таблица 10);

Пч - часовая производительность оборудования, кг/ч;

Кu - коэффициент загрузки оборудования, принимается 0,8…0,9.

Число единиц оборудования принимают путем округления до ближайшего целого числа.

Результаты проведенных расчетов сводим в таблицу 12.

Таблица 12 - Сводные данные по цеху ДСтП

Наименование технологических операций	Оборудование, марка	Часовая производительность	Расход сырья	Количество оборудования
Получение стружки и технологической щепы	ДС-7	5000	20615,667	4
Хранение сырой стружки	ДБО-60	25000	19448,742	1
Сушка стружки	Н 411-65 типа "Прогресс"	4500	18670,793	5
Хранение сухой стружки	ДБО-60	20000	9969,841	1
Смешивание стружки со связующим	ДСМ-5	5000	9770,444	2
Формирование стружечного пакета	ДФ-8	5400	11236,010	3
Подпрессовка стружечного ковра	ПР-5	15,614	15,614	1
Горячее прессование плит	ПР-6АМ	15,614	15,614	1
Форматная обрезка готовых плит	ДЦ-8	50000	98936	2
Шлифование готовых плит	ДКШ-1	60000	98936	2

Вывод

В результате проведенных расчетов была определена годовая производительность цеха по производству ДСтП, которая составила 98936 м 3 в год. Часовая производительность цеха составила 15,614 м 3. Кроме этого, были произведены расчеты расходов необходимых материалов на основных стадиях технологического процесса производства ДСтП, подобрано основное технологическое оборудование и разработана технологическая схема.

Размещено на Allbest.ru

...