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    多功能试验用木材干燥机的设计研究

         木材干燥和改性处理在木材加工工业中的地位?#25214;?#37325;要,国内木材处理科研单位缺少实验基础上的理论研究,为此有必要设计一种具备多项功能的小型木材处理实验平台。该平台?#23665;?#34892;应用较广泛的常规蒸汽干燥、高温干燥、真空干燥、木材改性和高温热处理等实验过程,得到所需相关数据,从而可为优化相应过程的程序、能耗、环境参数等提供参考。根据功能要求对试验机进行总体设计,设计包括罐体、加热、?#37038;?#38500;湿、真空、电控等硬件系统的设计及其总体布置、功能参数设计、控制系统设计。采用模糊控制系统对干燥和热处理过程进行控制,提高了实验机的智能化程度。伴随着家具业在国内外市场上的快速稳定发展,木材加工业经历了一相对快速发展的历?#26041;?#27573;。改革开放以来,我国形成了以常规蒸汽干燥为主,常规炉气与?#20154;?#24178;燥,除湿、真空干燥,微波与高频干燥及太阳能干燥等多种干燥方法同时发展的比较完整的产业体系。但这并不能完全满足新形势下社会对干燥技术的要求,而且,干燥技术领域还存在着许多未知或知之不多的问题。如今,提高干燥质量、减少木材降等、降低能耗、提高设?#24178;?#20135;?#30465;?#25913;善劳动环境?#22270;?#23569;环境污染、降低干燥成本已成为木材干燥技术发展的主题。为应对新的干燥技术发展,作为研发主力军的高校科研单位和研究所等机构应更进一步增加在实验基础上的理论研究,但一台干燥设备造价?#29615;疲?#32780;且实验可能需要不同类型的干燥机,所以研究一种多功能试验用干燥机是非常必要的。多功能试验用干燥机不仅可以为科研机构提供一个多种类型干燥的实验平台,而且可以实现各种干燥技术相互组合,综合利用各自的优点达到优化效果,从而为联合干燥技术的研究创造了条件。试验机的功能设计因为干燥罐体结构上的限制,本设计木材干燥功能包括常规蒸汽干燥、高温干燥、真空干燥。
         试验机预实现的工艺流程为:首先选择某一干燥方式,然后设置干燥温度、终含水率等工艺参数,然后选择一干燥基准,设置基准参数,干燥机根据所选干燥方式自动提取干燥工艺流程,干燥机开始工作。试验机内部温度、湿度、压力等达到设置的工艺参数或基准参数时会自动控制蒸汽发生器、电加热管、真空泵、隔膜泵、电磁阀等设备的开启和关闭,从而控制各个流程的转换,当达到设置的终含水率要求后干燥机所有设备自动关闭。本设计的多功能改性功能包括木材改性和热处理。木材改?#22253;?#21547;防腐、防霉、染色、脱脂等。改性处理时先选择处理液进入木材的方式:压注法、浸泡法。通过这些改性方法可以改善一些材?#24335;?#24046;木材的性能,增加这些木材原木不具备的性能,为社会提供?#22270;?#26684;高性能的木材制品,甚至是特殊性能的木材制品,从而提高木材的利用价值。高温热处理木材时,选择高压或真空环?#31243;?#20214;,用160~230℃(常用180~212℃)的温度加热处理木材,改良木材的品质,降低木材的吸湿性和吸水性,提高尺寸稳定性、生物耐腐性和耐气候性,得到一种性能优良、颜色美观?#19968;?#22659;友好的木材产品。试验机硬件系统设计与总体布置为实现上述功能,多功能试验用干燥机需设有干燥罐、真空系统、加热系统、?#37038;?#31995;统、除湿系统、风机、电控部分、阀门及连接管道等部件,固定于底座上。

    (1)干燥罐设计。干燥罐上设有安全阀口、真空接口、温度传感器接口、压力传感器接口、湿度传感器接口、喷湿除湿接口、换气阀接口、蒸汽接口、出水口等可分别通过管道或直接连接真空泵、传感器、隔膜泵、蒸汽发生器、阀门等,内部设有电加热管、风扇,外部有石棉保温层。干燥罐是对木材进行干燥和热处理的主要工作场所,因为要进行真空干燥和高温高压热处理等,所以干燥罐体要耐高压、耐高温、耐真空,且对密封的要求也很高。干燥罐体采用真空状态抵抗外界大气压力性能最佳的圆柱罐体形式,水平安装。为了保证干燥罐体的承压能力,罐体用一定厚度的钢板轻滚压、焊接制成,两端各有一曲率半径是连续变化、压力状态下应力分布比较均匀椭圆形封头,其中一个封头设计为可开关的大门,大门固定在罐门支架上,支架与罐体法兰间通过左右一销连接,罐门封头上丝杠螺母机构用于锁紧罐体和罐门。罐体法?#21152;?#32592;门法兰之间用双层耐热橡胶圈做密封垫。为解决罐体内部空间小不能安装轴流风机的问题,我们设计一风扇装进罐体内,外面连接带轮,带?#31181;?#36890;过与封头连接的套筒与风扇相连,套?#26448;?#37096;装有一接触式机?#24471;?#23553;机构。
    (2)其它辅助系统设计。其它辅助系统包括真空系统、?#37038;?#31995;统、除湿系统、加热系统等。
    真空系统采用水环式真空泵抽取真空,并在其前处设有冷凝器,用以吸收汽化潜热防止真空泵叶片腐蚀,高温水汽经冷凝变为水进入储水罐;?#37038;?#31995;统包括蒸汽发生器、隔膜泵、水箱及喷头、阀门等配件。?#37038;?#21253;括喷湿和喷蒸两个各过程,喷湿是通过隔膜泵从水箱抽出水加压后喷到干燥罐内木材表面,喷蒸是经蒸汽发生器加热加压后的水蒸气喷到干燥罐内;除湿系统主要包括一台除湿机;加热系统有电加热和蒸汽加热两种方式,干燥罐体内部装有电加热管,可使罐内温度达到400℃,且各电加热管可分别控制,罐体外面连有18kW的蒸汽发生器,蒸汽可直?#20248;?#21040;罐内进行直接接触加热也可通过散热管间接加热。
    (3)电控部分设计。电控部分包含干湿球温度传感器、压力传感器、湿度传感器、含水率测量仪、水位传感器、电磁阀、电控柜等。木材干燥过程中各检测数值传送到控制柜,?#21152;?#35745;算机输入设定值和干燥基准参数值相比较,然后控制器调节控制元件的启闭,使工作按预选程序进行。试验机的功能参数设计在试验机进行工作之前,工作人员需向计算机输?#26384;?#35774;功能参数和干燥基准参数,使蒸煮、干燥等作业按照定义要求进行。通过对各个过程分别进行实验,结合试验机承受能力,总结归纳出试验机预设功能参数?#27573;А?#26408;材干燥预设参数及?#27573;?#20540;见表1;多功能改性预设干燥基准是木材人工干燥过程中调节干燥介质温度和湿?#32570;?#21270;的程序表,为干燥过程调节的依据。在实际干燥过程中,正?#20998;?#34892;干燥基准表,就可以合理地控制木材的干燥过程,从而保证木材的干燥质量。多功能实验用干燥机可选的干燥基?#21152;校?#21547;水率基准、时间干燥基准、连续升温干燥基准和干燥梯度基准。在试验机工作前选择某一干燥基准,输入干燥基准参数,使实验过程按照基准自动运行。本设计可通过多次实验来制定基准参数表存于计算机中,同时也为木材干燥厂?#19994;?#25552;供基准参数依据。
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