0、引言
伴隨著家具業(yè)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的快速穩(wěn)定發(fā)展，木材加工業(yè)經(jīng)歷了一相對(duì)快速發(fā)展的歷史階段。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)形成了以常規(guī)蒸汽干燥為主．常規(guī)爐氣與熱水干燥，除濕、真空干燥，微波與高頻干燥及太陽(yáng)能干燥等多種干燥方法同時(shí)發(fā)展的比較完整的產(chǎn)業(yè)體系。但這并不能完全滿足新形勢(shì)下社會(huì)對(duì)干燥技術(shù)的要求，而且，干燥技術(shù)領(lǐng)域還存在著許多未知或知之不多的問(wèn)題。如今，提高干燥質(zhì)量、減少木材降等、降低能耗、提高設(shè)備生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)環(huán)境和減少環(huán)境污染、降低干燥成本已成為木材干燥技術(shù)發(fā)展的主題。為應(yīng)對(duì)新的干燥技術(shù)發(fā)展，作為研發(fā)主力軍的高校科研單位和研究所等機(jī)構(gòu)應(yīng)更進(jìn)一步增加在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的理論研究，但一臺(tái)干燥設(shè)備造價(jià)不菲，而且實(shí)驗(yàn)可能需要不同類型的干燥烘干機(jī)，所以研究一種多功能試驗(yàn)用干燥烘干機(jī)是非常必要的。多功能試驗(yàn)用干燥烘干機(jī)不僅可以為科研機(jī)構(gòu)提供一個(gè)多種類型干燥的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，而且可以實(shí)現(xiàn)各種干燥技術(shù)相互組合，綜合利用各自的優(yōu)點(diǎn)達(dá)到優(yōu)化效果，從而為聯(lián)合干燥技術(shù)的研究創(chuàng)造了條件。
1、試驗(yàn)機(jī)的功能設(shè)計(jì)
因?yàn)楦稍锕摅w結(jié)構(gòu)上的限制，本設(shè)計(jì)木材干燥功能包括常規(guī)蒸汽干燥、高溫干燥、真空干燥、自定義干燥等。試驗(yàn)機(jī)預(yù)實(shí)現(xiàn)的工藝流程為：首先選擇某一干燥方式，然后設(shè)置干燥溫度、終含水率等工藝參數(shù)，然后選擇一千燥基準(zhǔn)，設(shè)置基準(zhǔn)參數(shù)，干燥烘干機(jī)根據(jù)所選干燥方式自動(dòng)提取干燥工藝流程，干燥烘干機(jī)開(kāi)始工作。試驗(yàn)機(jī)內(nèi)部溫度、濕度、壓力等達(dá)到設(shè)置的工藝參數(shù)或基準(zhǔn)參數(shù)時(shí)會(huì)自動(dòng)控制蒸汽發(fā)生器、電加熱管、真空泵、隔膜泵、電磁閥等設(shè)備的開(kāi)啟和關(guān)閉，從而控制各個(gè)流程的轉(zhuǎn)換，當(dāng)達(dá)到設(shè)置的終含水率要求后干燥
烘干機(jī)所有設(shè)備自動(dòng)關(guān)閉。
本設(shè)計(jì)的多功能改性功能包括木材改性和熱處理。木材改性包含防腐、防霉、染色、脫脂等。改性處理時(shí)先選擇處理液進(jìn)入木材的方式：壓注法、浸泡法。通過(guò)這些改性方法可以改善一些材質(zhì)較差木材的性能，增加這些木材原木不具備的性能，為社會(huì)提供低價(jià)格高性能的木材制品，甚至是特殊性能的木材制品，從而提高木材的利用價(jià)值。高溫?zé)崽幚砟静臅r(shí)，選擇高壓或真空環(huán)境條件，用160—230℃（常用180—212℃）的溫度加熱處理木材，改良木材的品質(zhì)，降低木材的吸濕性和吸水性，提高尺寸穩(wěn)定性、生物耐腐性和耐氣候性，得到一種性能優(yōu)良、顏色美觀且環(huán)境友好的木材產(chǎn)品。富通新能源不但生產(chǎn)銷售木屑烘干機(jī)等鋸末木屑成型機(jī)械設(shè)備，而且還大量銷售
顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備。
2、試驗(yàn)機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與總體布置
為實(shí)現(xiàn)上述功能，多功能試驗(yàn)用干燥烘干機(jī)需設(shè)有干燥罐、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、電控部分、閥門(mén)及連接管道等部件，固定于底座上，總體布置如圖1所示。
(1)干燥罐設(shè)計(jì)。干燥罐上設(shè)有安全閥口、真空接口、溫度傳感器接口、壓力傳感器接口、濕度傳感器接口、噴濕除濕接口、換氣閥接口、蒸汽接口、出水口等可分別通過(guò)管道或直接連接真空泵、傳感器、隔膜泵、蒸汽發(fā)生器、閥門(mén)等，內(nèi)部設(shè)有電加熱管、風(fēng)扇，外部有石棉保溫層，干燥罐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。
干燥罐是對(duì)木材進(jìn)行干燥和熱處理的主要工作場(chǎng)所．因?yàn)橐M(jìn)行真空干燥和高溫高壓熱處理等，所以干燥罐體要耐高壓、耐高溫、耐真空，且對(duì)密封的要求也很高。干燥罐體采用真空狀態(tài)抵抗外界大氣壓力性能最佳的圓柱罐體形式，水平安袈。為了保證干燥罐體的承壓能力，罐體用一定厚度的鋼板輕滾壓、焊接制成，兩端各有一曲率半徑是連續(xù)變化、壓力狀態(tài)下應(yīng)力分布比較均勻橢圓形封頭，其中一個(gè)封頭設(shè)計(jì)為可開(kāi)關(guān)的大門(mén)，大門(mén)固定在罐門(mén)支架上，支架與罐體法蘭間通過(guò)左右一銷連接，罐門(mén)封頭上絲杠螺母機(jī)構(gòu)用于鎖緊罐體和罐門(mén)。罐體法蘭與罐門(mén)法蘭之間用雙層耐熱橡膠圈做密封墊。為解決罐體內(nèi)部空間小不能安裝軸流風(fēng)機(jī)的問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)一風(fēng)扇裝進(jìn)罐體內(nèi)，外面連接常輪，帶輪軸通過(guò)與封頭連接的套筒與風(fēng)扇相連，套筒內(nèi)部裝有一接觸式機(jī)械密封機(jī)構(gòu)。
(2)其它輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其它輔助系統(tǒng)包括真空系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等。真空系統(tǒng)采用水環(huán)式真空泵抽取真空，并在其前處設(shè)有冷凝器，用以吸收汽化潛熱防止真空泵葉片腐蝕，高溫水汽經(jīng)冷凝變?yōu)樗M(jìn)入儲(chǔ)水罐：加濕系統(tǒng)包括蒸汽發(fā)生器、隔膜泵、水箱及噴頭、閥門(mén)等配件。加濕包括噴濕和噴蒸兩個(gè)各過(guò)程，噴濕是通過(guò)隔膜泵從水箱抽出水加壓后噴到干燥罐內(nèi)木材表面．噴蒸是經(jīng)蒸汽發(fā)生器加熱加壓后的水蒸氣噴到干燥罐內(nèi)；除濕系統(tǒng)主要包括一臺(tái)除濕機(jī)；加熱系統(tǒng)有電加熱和蒸汽加熱兩種方式，干燥罐體內(nèi)部裝有電加熱管，可使罐內(nèi)溫度達(dá)到400℃，且各電加熱管可分別控制，罐體外面連有18kW的蒸汽發(fā)生器，蒸汽可直接噴到罐內(nèi)進(jìn)行直接接觸加熱也可通過(guò)散熱管間接加熱。
(3)電控部分設(shè)計(jì)。電控部分包含干濕球溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、含水率測(cè)量?jī)x、水位傳感器、電磁閥、電控柜等。木材干燥過(guò)程中各檢測(cè)數(shù)值傳送到控制柜，都與計(jì)算機(jī)輸入設(shè)定值和干燥基準(zhǔn)參數(shù)值相比較，然后控制器調(diào)節(jié)控制元件的啟閉，使工作按預(yù)選程序進(jìn)行。
3、試驗(yàn)機(jī)的功能參數(shù)設(shè)計(jì)
在試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行工作之前，工作人員需向計(jì)算機(jī)輸入預(yù)設(shè)功能參數(shù)和干燥基準(zhǔn)參數(shù)，使蒸煮、干燥等作業(yè)按照定義要求進(jìn)行。通過(guò)對(duì)各個(gè)過(guò)程分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)合試驗(yàn)機(jī)承受能力，總結(jié)歸納出試驗(yàn)機(jī)預(yù)設(shè)功能參數(shù)范圍。木材干燥預(yù)設(shè)參數(shù)及范圍值見(jiàn)表1；多功能改性預(yù)設(shè)參數(shù)及范圍值見(jiàn)表2。
干燥基準(zhǔn)是木材人工干燥過(guò)程中調(diào)節(jié)干燥介質(zhì)溫度和濕度變化的程序表，為干燥過(guò)程調(diào)節(jié)的依據(jù)。在實(shí)際干燥過(guò)程中，正確執(zhí)行干燥基準(zhǔn)表，就可以合理地控制木材的干燥過(guò)程．從而保證木材的干燥質(zhì)量。多功能實(shí)驗(yàn)用干燥烘干機(jī)可選的干燥基準(zhǔn)有：含水率基準(zhǔn)、時(shí)間干燥基準(zhǔn)、連續(xù)升溫干燥基準(zhǔn)和干燥梯度基準(zhǔn)。在試驗(yàn)機(jī)工作前選擇某一干燥基準(zhǔn)，輸入干燥基準(zhǔn)參數(shù)，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程按照基準(zhǔn)自動(dòng)運(yùn)行。本設(shè)計(jì)可通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)來(lái)制定基準(zhǔn)參數(shù)表存于計(jì)算機(jī)中，同時(shí)也為木材干燥廠家等提供基準(zhǔn)參數(shù)依據(jù)。
4、試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
木材干燥的過(guò)程是一非線性系統(tǒng)，很難建立其準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型．但可以用模糊規(guī)則來(lái)描述這種復(fù)雜的對(duì)象。本文所設(shè)計(jì)的數(shù)控多功能實(shí)驗(yàn)用干燥烘干機(jī)的模糊控制系統(tǒng)采用高性價(jià)比單片機(jī)，溫度、壓力、濕度分別對(duì)應(yīng)一模糊控制系統(tǒng)，融合智能化控制思想中的模糊控制技術(shù)，大大提高了干燥過(guò)程的智能化水平。系統(tǒng)主要由模糊控制器、輸入輸出接口(A/D、D/A轉(zhuǎn)換器)、檢測(cè)對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對(duì)象五部分組成，如圖3所示。
多功能干燥烘干機(jī)中，檢測(cè)對(duì)象為壓力、溫度、濕度等傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為真空泵、電加熱管、隔膜泵、蒸汽發(fā)生器、除濕機(jī)及電磁閥等。計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)采樣獲取被控制量的精確值，然后將此量與給定量比較得到誤差信號(hào)E．同時(shí)，取E對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)EC，即誤差變化率，把E和EC的精確值進(jìn)行模糊化后變成模糊量并用相應(yīng)的模糊語(yǔ)言表示。至此，得到了E和EC的模糊語(yǔ)言集
通過(guò)表3的控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，得到一模糊集合，通過(guò)所輸入的控制量U的論域獲得最終加到被控對(duì)象的設(shè)計(jì)控制量的精確值，并對(duì)其圓整優(yōu)化，從而分別得出溫度、壓力、濕度的模糊控制表。
多功能干燥烘干機(jī)通過(guò)模糊控制系統(tǒng)的使用減少了人工復(fù)雜的操作，提高智能化水平的同時(shí)也提過(guò)了工作效率。
5、結(jié)論
數(shù)控多功能試驗(yàn)用干燥烘干機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)多種木材干燥方式，且能進(jìn)行木材改性和熱處理等功能。通過(guò)模糊控制，實(shí)現(xiàn)了干燥過(guò)程中溫度、壓力、濕度的精確控制，提高了木材干燥過(guò)程控制的智能化程度。具有自定義干燥功能，可多種干燥進(jìn)行組合，從而進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，可以廣泛應(yīng)用于高校研究所等科研單位的實(shí)驗(yàn)研究。
