способ сушки пиломатериала и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ сушки пиломатериала, заключающийся в удалении из него влаги в процессе перемещения пиломатериала и воздействие на него механической нагрузки с одновременным наложением однонаправленных нагрузке ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что пиломатериал подвергают дополнительному механическому воздействию в виде импульсного удара, создаваемого путем модуляции ультразвуковых колебаний импульсами прямоугольной формы, причем частоту повторения модулирующих импульсов подбирают, равной резонансной частоте колеблющейся механической системы, включающей в себя стержень, соединяющий выходные конусы магнитострикционных преобразователей, обрабатываемый пиломатериал и прижимной не приводной валок, а их скважность в зависимости от необходимой средней мощности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработанный ультразвуком пиломатериал укладывают в штабели на прокладки, выдерживают 1-2 сут до испарения влаги с поверхности пиломатериала, причем штабели размещают на открытом воздухе под навесом, или в помещении достаточного объема, или камерной сушилке, например, конденсационного типа, или на транспортном средстве.

3. Установка для сушки пиломатериала, включающая подающий механизм, выполненный в виде двух пар приводных валков, между которыми по ходу движения пиломатериала установлен не приводной валок и генератор ультразвуковых колебаний, содержащий вертикально установленный магнитострикционный преобразователь, отличающаяся тем, что установка снабжена вторым магнитострикционным преобразователем, установленным соосно с первым магнитострикционным преобразователем, выходные конусы которых соединены металлическим стержнем, а также имеет амплитудно-импульсный модулятор, подключенный своими выходами к магнитострикционным преобразователям, а входом к генератору ультразвуковых колебаний.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к лесной и деревообрабатывающей промышленности, в частности к технологии сушки пиломатериалов и модификации физических свойств древесины.

Уровень техники

Известен способ сушки капиллярно-пористых материалов, способ сушки изделий из древесины и устройство для сушки изделий из древесины, преимущественно древесного шпона (пат. РФ №2168127 МПК F26B 7/00, опубл. 2001 г.) В способе вакуумной сушки капиллярно-пористых материалов, включающем нагревание материала и вакуумирование, на материал дополнительно воздействуют энергией механических колебаний ультразвуковой частоты (УЗЧ), нагревание материала осуществляют воздействием электромагнитного поля высокой частоты и/или энергией УЗЧ, при этом нагревание материала, вакуумирование и воздействие на материал энергией УЗЧ осуществляют одновременно. Устройство для вакуумной сушки изделий из древесины, включающее средство нагревания материала, вакуумную камеру со средством нагревания для размещения изделий из древесины, средство вакуумирования и удаления влаги дополнительно содержит средство нагревания воздействия на материал изделий из древесины механических колебаний УЗЧ. Средство нагревания воздействия на материал изделия из древесины энергии механических колебаний УЗЧ выполнено в виде магнитострикционного излучателя, а средство воздействия на материал изделий из древесины энергии механических УЗЧ установлено в средстве нагревания для размещения изделий из древесины, например в плоской платформе.

Недостатками известного способа сушки и устройства для его реализации является конструктивная и технологическая сложность, длительность осуществления процесса.

Известен способ сушки пиломатериалов (патент RU 2134388 С1, F26B 3/347, F26B 5/02, 1997) заключающийся в нагреве материала при его перемещении в СВЧ-поле, причем удаление влаги осуществляют в процессе перемещения материала воздействием на него поперечной механической нагрузки с одновременным наложением однонаправленных нагрузке ультразвуковых колебаний. Данный способ взят за прототип к предлагаемому технологическому процессу.

Известно также устройство (патент RU 2134388 С1, F26B 3/347, F26B 5/02, 1997), реализующее указанный способ, содержащее СВЧ-печь конвейерного типа, включающую камеру нагрева с впускным и выпускным устройствами, узел ввода СВЧ-энергии, связанный с камерой нагрева, подающий механизм, пару неприводных горизонтальных валков, установленных за выпускным устройством СВЧ-печи, генератор ультразвуковых колебаний, включающий вертикально установленный магнитострикционный преобразователь, связанный через акустический концентратор с одним из валков, причем размер межвалкового зазора выбирается меньшим толщины исходного материала на величину радиальной усушки. Данное устройство взято за прототип к предлагаемому техническому решению.

Недостатками известного способа сушки пиломатериалов и устройства, его реализующего, являются:

- низкая эффективность процесса, не позволяющая за один проход понизить влажность доски толщиной до 25 мм более чем на 20-25% - это обусловлено малой (не более 10-12 мкм) амплитудой колебаний акустического концентратора и валка, через которые вводится энергия ультразвука в пиломатериал, по этой же причине с увеличением толщины высушиваемой доски до 40-50 мм эффективность сушки падает еще резче;

- неэффективность использования СВЧ-нагрева на больших скоростях протяжки пиломатериала.

Раскрытие изобретения

Задачей создания предлагаемых изобретений является упрощение процесса и повышение эффективности сушки, влекущее за собой рост производительности и снижение удельных энергозатрат.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ сушки пиломатериала, заключающийся в удалении из него влаги в процессе перемещения пиломатериала и воздействии на него механической нагрузки с одновременным наложением однонаправленных нагрузке ультразвуковых колебаний, и отличительных существенных признаков, когда пиломатериал подвергают дополнительному механическому воздействию в виде импульсного удара, создаваемого путем модуляции ультразвуковых колебаний импульсами прямоугольной формы, причем частоту повторения модулирующих импульсов подбирают равной резонансной частоте колеблющейся механической системы, включающей в себя стержень, соединяющий выходные конусы магнитострикционных преобразователей, обрабатываемый пиломатериал и прижимной неприводной валок, а их скважность - в зависимости от необходимой средней мощности.

Технический результат, достигаемый вышеперечисленной совокупностью признаков, - повышение эффективности процесса сушки пиломатериала и снижение удельных энергозатрат.

В случае необходимости согласно пункту 2 формулы изобретения обработанный ультразвуком пиломатериал укладывают в штабели на прокладки, выдерживают 1-2 суток до испарения влаги с поверхности пиломатериала, причем штабели размещают на открытом воздухе под навесом, или в помещении достаточного объема, или камерной сушилке, например, конденсационного типа, или на транспортном средстве.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 3-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как установка для сушки пиломатериала, включающая подающий механизм, выполненный в виде двух пар приводных валков, между которыми по ходу движения пиломатериала установлен неприводной валок и генератор ультразвуковых колебаний, содержащий вертикально установленный магнитострикционный преобразователь, и отличительных существенных признаков, таких как: установка снабжена вторым магнитострикционным преобразователем, установленным соосно с первым магнитострикционным преобразователем, выходные конусы которых соединены металлическим стержнем, а также имеет амплитудно-импульсный модулятор, подключенный своими выходами к магнитострикционным преобразователям, а входом к генератору ультразвуковых колебаний.

Технический результат, достигаемый вышеперечисленной совокупностью признаков, - повышение эффективности процесса сушки пиломатериала и снижение удельных энергозатрат.

Новизна заявляемых технических решений обусловлена получением возможности подвода механической энергии к обрабатываемому пиломатериалу в виде модулированных по амплитуде ультразвуковых импульсов, где несущей является ультразвуковая частота, равная резонансной частоте магнитострикционных преобразователей, а частота повторения импульсов модуляции - резонансной частоте колеблющейся механической системы, включающей в себя магнитострикционные преобразователи, объединенные стержнем, обрабатываемый пиломатериал и прижимной неприводной валок, а их скважность (коэффициент заполнения) - в зависимости от необходимой средней мощности. При этом повышается эффективность вывода влаги из пиломатериала за счет значительного роста амплитуды колебаний стержня, к которому прижат неприводным валком обрабатываемый пиломатериал, в связи с чем интенсифицируется процесс движения влаги из внутренних слоев материала к его поверхности, т.к. ослабляется внутрикапиллярное трение, препятствующее продвижению влаги.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна предлагаемая совокупность признаков, направленных на достижение поставленных задач, и эти решения не вытекают с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технических решений уровню изобретений.

Краткое описание чертежей

Изобретения поясняются чертежом, на котором изображен общий вид установки (фиг.1) для сушки пиломатериалов, реализующей предлагаемый способ; на фиг.2 приведен вид по А-А установки на фиг.1.

Осуществление изобретения

Установка для сушки пиломатериала включает (фиг.1) подающий механизм, выполненный в виде двух пар приводных валков 1, 2, между которыми по ходу движения пиломатериала 3 установлен неприводной валок 4 и генератор ультразвуковых колебаний 5, содержащий вертикально установленный магнитострикционный преобразователь 6. Установка снабжена вторым магнитострикционным преобразователем 7, установленным соосно с первым магнитострикционным преобразователем 6, выходные конусы 8, 9 которых соединены металлическим стержнем 10 (фиг.2). Установка также имеет амплитудно-импульсный модулятор 11, подключенный своими выходами к магнитострикционным преобразователям 6, 7, а входом к генератору ультразвуковых колебаний 5. Ультразвуковой генератор 5 может быть выполнен как описано в заявке того же заявителя №2006, содержит магнитострикционный излучатель, обмотка возбуждения которого последовательно соединена с конденсатором, и схему управления. В устройство введены последовательно включенные первый выпрямитель, первый инвертор, управляемый от первого ШИМ-контроллера, импульсный повышающий трансформатор, второй выпрямитель, второй инвертор, управляемый от второго ШИМ-контроллера. Схема управления содержит обмотку акустической обратной связи, расположенную на отдельном сердечнике магнитострикционного излучателя, переключатель режимов, регулятор несущей частоты, регулятор частоты модулирующих импульсов, регулятор скважности и фазорегулятор, при этом один конец обмотки акустической обратной связи подключен к общему проводу, а другой через переключатель режимов соединен со вторым ШИМ-контроллером. Регулятор частоты модулирующих импульсов, регулятор скважности и фазорегулятор подключены к управляющим входам второго ШИМ-контроллера, а регулятор несущей частоты подключен к управляющему входу первого ШИМ-контроллера.

Неприводной валок 4 и стержень 10, создающие сжимающее усилие на пиломатериал 3 и подводящие энергию ультразвука от двух соосно и вертикально расположенных магнитострикционных преобразователей 6, 7, соединенных стержнем 10 и являющихся нагрузкой ультразвукового генератора 5, управляемого от амлитудно-импульсного модулятора 11.

Установка для сушки пиломатериалов, реализующая предлагаемый способ, работает следующим образом.

Зазор между неприводным валком 4 и стержнем 10 устанавливается таким образом, чтобы сила сжатия пиломатериала 3 составляла величину порядка нескольких килоньютонов. При включенном ультразвуковом генераторе 5 трение между пиломатериалом и стержнем исчезает, поэтому сила сжатия не вызывает дополнительных механических потерь. При включении привода механизма протяжки приводные валки 1 и 2 приходят во вращение, направление которого указано на чертеже стрелками. При движении между валком 4 и стержнем 10 пиломатериал 3 подвергается комбинированному воздействию установленной статической силы сжатия и колебаний сложной формы со стороны стержня 10. Это сумма ультразвуковых колебаний с частотой, равной резонансной частоте магнитострикционных преобразователей 6, 7 и колебаний звукового диапазона с частотой, равной резонансной частоте колеблющейся механической системы, включающей в себя магнитострикционные преобразователи 6, 7, объединенные стержнем 10, обрабатываемый пиломатериал 3 и прижимной неприводной валок 4. Благодаря тому что все механические колебательные системы работают на частотах, близких или равных частоте собственных колебаний, амплитуда колебаний стержня 10 имеет максимально возможное значение, как и звуковая энергия, вводимая в пиломатериал. Поэтому, а также в связи с наличием в спектре колебаний частот звукового диапазона, затухающих в древесине значительно в меньшей степени, чем ультразвук, рост эффективности вывода влаги из пиломатериала высок, особенно для досок большой (25-50 мм) толщины. Воздействие колебаний широкого спектра положительно отражается на объемной равномерности сушки и на снятии внутренних напряжений. Режимы сушки устанавливаются с помощью модулятора 11, позволяющего регулировать как частоту амплитудно-импульсной модуляции, так и скважность импульсов, модулирующих выходное напряжение ультразвукового генератора 5.

В случае необходимости обработанный ультразвуком пиломатериал укладывают в штабели на прокладки, выдерживают 1-2 суток до испарения влаги с поверхности пиломатериала, причем штабели размещают на открытом воздухе под навесом, или в помещении достаточного объема, или камерной сушилке, например, конденсационного типа, или на транспортном средстве.

Хотя настоящее изобретение описано посредством примеров его выполнения, объем данного изобретения не ограничивается этими примерами, но определяется лишь формулой изобретения с учетом возможных эквивалентов.