Автоматизированное проектирование процесса сушки пиломатериалов в камере периодического действия «KATRES KSRD 1-6. 5N»

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО Сибирский государственный технологический университет Факультет механической технологии древесины Кафедра технологии деревообработки Пояснительная записка.

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ В КАМЕРЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ «KATRES KSRD 1−6.5N».

по дисциплине «Основы автоматизированного проектирования изделий и технологических процессов деревообработки».

Руководитель: А. Н. Сычев Разработал: Студент Е. А. Бурбело.

Реферат.

В данном курсовом проекте выполнена оптимизация процесса сушки пиломатериалов. Для написания курсового проекта пользовались: текстовым редактором Word для набора текста; табличным редактором Excel для построения основных расчетов, таблиц, оптимизации процесса, построения графиков, а также графическим редактором AutoCAD 8.0 для создания чертежа.

• Введение
• 1. Постановка задачи

2. Аэродинамический расчет камеры.

2.1 Расчёт потребного напора вентилятора.

2.1.1 Составление аэродинамической схемы камеры.

• 2.1.3 Определение сопротивлений движению агента сушки на
• 2.1.4 Определение потребного напора вентилятора
• 2.2 Выбор вентилятора
• 2.2.1 Определение производительности вентилятора
• 2.2.2 Определение характерного (приведённого) напора
• 2.3 Определение мощности и выбор электродвигателя
• 3. Расчет процесса в электронных таблицах
• 3.1 Расчет таблиц
• 3.2 Сортировка данных
• 3.3 Фильтрация данных
• 3.4 Сводная таблица
• 4. Оптимизация процесса сушки пиломатериалов в камере периодического действия «KATRES KSRD 1−6.5N»
• 5. Построение графической зависимости
• Заключение
• Список использованных источников

Автоматизированное проектирование изделий и технологических процессов различных производств, в том числе и деревообработки, в наше время применяется на многих современных предприятиях. Намечается явная тенденция перехода всех предприятий на автоматизированное проектирование изделий и технологических процессов.

В настоящее время вся продукция, поставляемая на экспорт, должна сопровождаться необходимой документацией в электронном виде. Прежде всего, необходима документация по изготовлению, обслуживанию и утилизации изделия. Следует отметить, что использование средств автоматизированного проектирования значительно сокращает время проектирования, снижает количество ошибок, которые может запустить проектировщик. Исправление ошибок при проектировании с использованием САПР в десятки раз быстрее.

Цель данной работы — показать, как с помощью текстового и табличного редактора, графического пакета можно произвести необходимые для выполнения курсового проекта (дипломного) и др. научных работ расчеты, а также качественно и красиво оформить результаты своей работы. В ходе выполнения данной работы необходимо показать преимущества применения средств САПР перед расчетами вручную.

Текстовая часть набрана в текстовом редакторе Word. План цеха и чертеж камеры выполнен в графическом редакторе AutoCAD, который обладает удобным пользовательским интерфейсом, большой библиотекой, позволяющими без особого труда выполнить чертеж со всеми привязками, размерами, стандартами.

аэродинамический вентилятор табличный пиломатериал.

1. Постановка задачи.

Для решения задачи линейного программирования, поставленной в данной курсовой работе, воспользуемся табличным редактором Excel. С помощью электронных таблиц произведем укрупненный расчет потребного количества камер..

В курсовом проекте показано, как с помощью стандартных пакетов автоматизированного проектирования можно выполнить расчет и оформление текстовой части курсового проекта..

В данном проекте организован автоматизированный аэродинамический расчет камеры, который является наиболее трудоемкой частью в выполнении курсового проекта на тему: «Проект цеха сушки пиломатериалов».

Кроме выполнения элементарных расчетов, необходимо выполнить ряд других задач. Таким образом, должны быть выполнены следующие задачи:

1 Организовать аэродинамический расчет камеры в электронных таблицах табличного процессора Excel;

2 Организовать сортировку данных по одной из таблиц;

3 Построить графическую зависимость по одной из расчетных таблиц;

4 Выполнить чертежи: «Плана цеха сушки пиломатериалов» и «Чертеж камеры».

2. Аэродинамический расчет камеры.

2.1 Расчёт потребного напора вентилятора.

2.1.1 Составление аэродинамической схемы камеры Рисунок 1 — Схема к аэродинамическому расчёту камеры типа «KATRES KSRD 1−6.5 N «.

Таблица 2.1 — Участки циркуляции воздуха в сборно-металлической камере периодического действия типа «KATRES KSRD 1−6.5 N».

2.1.2 Определение скорости циркуляции агента сушки на каждом участке Скорость циркуляции агента сушки на каждом участке,, м/с, определяем по формуле.

(2.1).

где: — площадь поперечного сечения канала в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки на соответствующем участке, .

Площадь поперечного сечения канала в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки на соответствующем участке,, , определяем по выражениям Участок 1- Вентилятор

(2.2).

гдедиаметр ротора вентилятора, м;

— число вентиляторов в камере, шт.

Предварительно принимаем.

= 0,6 м.

=3.

Участок 2 — Верхний циркуляционный канал.

(2.3).

гдевысота циркуляционного канала, м;

— внутренний размер камеры по длине на данном участке, м.

Принимаем.

=0,7 м.

=6,2 м.

Участок 3, 16 — Калориферы.

(2.4).

Участок 4, 15 — Поворот под углом 90?

(2.5).

где H — внутренний размер камеры по длине, м;

a=0,32.

Участок 5, 14 — Боковой канал.

(2.6).

где L — внутренний размер камеры по длине на данном участке, м.

Участок 6, 13 — Поворот под углом 90?

Участок 7, 10 — Внезапное сужение.

(2.7).

Участок 8, 11 — Штабель.

(2.8).

Участок 9, 12 — Внезапное расширение.

(2.9).

Рассчитываем скорость циркуляции агента сушки через штабель,, м³/с, по формуле.

(2.10).

Далее расчеты ведем аналогично.

Все расчёты по определению скорости циркуляции агента сушки сведены в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 — Скорость циркуляции агента сушки на каждом участке.

2.1.3 Определение сопротивлений движению агента сушки на каждом участке Определяем сопротивления движению агента сушки на каждом участке,, Па Участок 1. Вентилятор

(2.11).

гдекоэффициент местного сопротивления, =0,8 — с. 68.

Все дальнейшие расчёты по сопротивлению участков сведены в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 — Подсчёт сопротивлений.

2.1.4 Определение потребного напора вентилятора Потребный напор вентилятора,, Па, определяем по формуле.

(2.12).

Па.

2.2 Выбор вентилятора.

2.2.1 Определение производительности вентилятора Производительность вентилятора,, , определяем по формуле.

(2.13).

2.2.2 Определение характерного (приведённого) напора вентилятора Определяем характерный (приведённый) напор вентилятора,, П, по формуле.

(2.14).

Па Выбираем вентилятор осевой, реверсивный тип У-12, КПД=0,6.

2.3 Определение мощности и выбор электродвигателя Максимальную теоретическую мощность вентилятора,, кВт, определяем по формуле.

(2.15).

кВт Мощность электродвигателя для привода вентилятора,, кВт, определяем по формуле.

(2.16).

где коэффициент запаса мощности на пусковой момент;

— коэффициент запаса, учитывающий влияние температуры среды, где расположен электродвигатель;

— КПД передачи.

Принимаем.

— табл. 3,15 с. 81 [1];

— табл. 3,16 с. 81 [1];

— с. 81.

кВт По результатам расчета выбираем асинхронный электродвигатель 4А100L4У3, мощностью 4 кВт и частотой вращения ротора 1500мин^-1.

Таблица 2.1- Определение площадей поперечного сечения канала в плоскости перпендикулярной агенту сушки, на соответствующем участке.

Таблица 2.2 — Определение скорости циркуляции агента сушки на каждом участке.

Таблица 2.3 — Расчет сопротивлений.

Таблица 2.4 — Определение основных параметров вентилятора.

3. Расчет процесса в электронных таблицах.

3.1 Расчет таблиц.

Рисунок 3.1 — Таблица формул таблицы 2.1.

Рисунок 3.2 — Таблица результатов таблицы 2.1.

Данные результаты используются в аэродинамическом расчете камеры в пункте 2.1.2 — Определение скорости циркуляции агента сушки на каждом участке. Например, для участка вентилятор Площадь поперечного сечения канала в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки на соответствующем участке,, , определяем по выражениям Участок 1- Вентилятор

гдедиаметр ротора вентилятора, м;

— число вентиляторов в камере, шт.

Рисунок 3.3 — Таблица с расчетными формулами таблицы 2.2.

Рисунок 3.4 — Таблица результатов таблицы 2.2.

Данные результаты используются в аэродинамическом расчете камеры в пункте 2.1.2 Определение скорости циркуляции агента сушки на каждом участке. Например, для участка вентилятор Скорость циркуляции агента сушки на отдельных участках определяем по формуле где скорость циркуляции агента сушки через штабель, м³/сек;

площадь поперечного сечения отдельного участка, м^2..

Рисунок 3.5 — Таблица с расчетными формулами таблицы 2.3.

Рисунок 3.6 — Таблица результатов таблицы 2.3.

Данные результаты используются в аэродинамическом расчете камеры в пункте 2.1.3 Определение сопротивлений движению агента сушки на каждом участке. Например, для участка вентилятор.

Определяем сопротивления движению агента сушки на каждом участке,, Па Участок 1. Вентилятор гдекоэффициент местного сопротивления, Рисунок 3.7 — Таблица с расчетными формулами таблицы 2.4.

Рисунок 3.8 — Таблица результатов таблицы 2.4.

Данные результаты используются в аэродинамическом расчете камеры в пункте 2.2 Выбор вентилятора.

Производительность вентилятора,, , определяем по формуле.

.

где скорость циркуляции агента сушки через штабель, м³/сек;

потребное количество вентиляторов.

Определяем характерный (приведённый) напор вентилятора,, П, по формуле.

.

где потребный напор вентилятора, Па Максимальную теоретическую мощность вентилятора,, кВт, определяем по формуле где КПД вентилятора.

Мощность электродвигателя для привода вентилятора,, кВт, определяем по формуле.

.

где коэффициент запаса мощности на пусковой момент;

— коэффициент запаса, учитывающий влияние температуры среды, где расположен электродвигатель;

— КПД передачи.

3.2 Сортировка данных На рисунке 3.9 показана сортировка таблицы 2.2.Произведена сортировка площади поперечного сечения канала, в плоскости перпендикулярной потоку агента сушки, на соответствующем участке в порядке увеличения.

Рисунок 3.9 — Сортировка площади поперечного сечения канала в плоскости перпендикулярной агенту сушки на соответствующем участке по возрастанию.

3.3 Фильтрация данных.

Фильтрэто средство, позволяющее создавать списки, в которых присутствуют только отвечающие заданным условиям строки. С помощью команды «Автофильтр» можно просматривать только те строки, которые соответствуют одному или нескольким заданным значениям, вычисленным значениям, либо строки для которых выполняют определенные условия.

Фильтрация данных осуществлена по таблице 2.2 после фильтрации можно увидеть на рисунке 3.10. В качестве условия отбора было задано слово «Поворот под углом 90°».

Рисунок 3.10 — Фильтрация данных.

3.4 Сводная таблица.

Отчет сводной таблицы — это предназначенная для интерактивной работы таблица, Обобщающая и анализирующая данные из существующих списков, таблиц и баз данных. Выбор исходных данных выполняется в мастере сводной таблицы и в мастере сводной диаграммы. После создания отчета сводной таблицы ее структуру можно изменить, перетаскивая поля и элементы с помощью мыши.

Сводная таблица организованная в данном курсовом проекте, представлена на рисунке 3.11. Для создания сводной таблицы использовался диапазон ячеек из таблицы 2.2.

Рисунок 3.11 — Интерфейс программы Excel (сводная таблица).

4. Оптимизация процесса сушки пиломатериалов в камере периодического действия «KATRES KSRD 1−6.5N».

Предприятие сушит пиломатериалы четырех сечений:

1) 50×280×5000.

2) 25×2802×5000.

3) 40×280×4500.

4) 40×150×5000.

Известны продолжительности сушки одного кубического метра пиломатериала каждого сечения. Известен фонд рабочего времени камер. Также известны: требуемое количество высушенных пиломатериалов каждого сечения; объем камеры; стоимость камеры.

Определить минимальное количество камер, которое необходимо предприятию для сушки заданных объемов каждого сечения пиломатериалов, при этом стоимость каждой камеры не должна превышать 2.5 млн руб.

Таблица 4.1- Исходные данные.

Пусть х₁, х₂, х₃, х₄— оптимизируемое количество камер.

Тогда математическая модель задачи будет иметь следующий вид:

F= х₁+х₂+х₃+х₄ >min.

1500 * 46, 15? 8760 * х₁.

1000 * 32,16? 8760 * х₂ (4.1).

1000 *38,46? 8760 * х₃.

1500 * 30,23? 8760 * х₄.

х₁ * 2,5+ х₂ * 2,5+ х₃ * 2,5+ х₄ * 2,5? 80.

В результате расчета методом Ньютона в Excel находим оптимальное количество камер. Результаты выполненной оптимизационной задачи в Excel приведены ниже.

Рисунок 4.1 — Математическая модель.

Рисунок 4.2 — Отчет по пределам.

Рисунок 4.3 — Отчет по устойчивости.

Рисунок 4.4 — Отчет по результатам.

5. Построение графической зависимости.

Рисунок 5.1 — Зависимость площади поперечного сечения канала от вида канала.

Рисунок 5.2 — Зависимость сопротивления участка от вида участка.

Рисунок 5.3 — Зависимость скорости циркуляции от наименования участка.

Заключение.

В данном курсовом проекте были использованы: текстовый редактор Word; табличный редактор Excel для построения основных расчетов, таблиц, оптимизации процесса, построения графиков; а также графический редактор AutoCAD 8.0 для создания чертежей.

В первой части была сформулирована задача курсового проекта.

Во второй части аэродинамический расчет камеры.

В третьей части показан расчет таблиц (формулы и результаты) в табличном редакторе Excel. Произведена сортировка и фильтрация данных, а также показана сводная таблица, созданная в табличном редакторе Excel.

В четвертой части произведена оптимизация количества сушильных камер, необходимых для сушки заданного объема пиломатериалов для каждого из четырех сечений. Необходимо было получить минимальное необходимое количество камер при условии что: известны заданные объемы сушки каждого из сечений, объем сечений, время на сушку одного метра кубического каждого сечения, а также стоимость камеры.

В результате оптимизации получили, что для сушки пиломатериалов сечения 50×280×5000 необходимо 8 камер; для пиломатериалов сечением 25×2802×5000 — 4 камеры; сечением 40×280×4500 — 5 камер; сечением 40×150×5000 — 6 камер периодического действия «KATRES KSRD 1−6.5N».

В пятой части были построены графики.

Список использованных источников.

1 Акишенков С. И. Проектирование лесосушильных камер и цехов [Текст]: учебное пособие / Акишенков С. И., Корнеев В. И. — СПб.: ЛТА, 1992. — 88 с.

2 Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины — Архангельск — 2: Правда Севера, 1985. — 144 с.

3 Серговский П. С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины [Текст]: учебник для вузов / П. С. Серговский, А. И. Расев. — М.: Лесн. пром-сть, 1987. — 360 с.