竹胶板生产过程测控技术及应用研究

【摘要】： 我国竹材工业化利用和产量处于世界领先水平，但是竹材生产过程测控技术的基础研究还非常薄弱，竹材加工过程检测手段简陋，自动化程度非常低，环境污染问题突出，竹胶板档次不高。竹胶板生产都采用热压工艺，合理的热压工艺对提高竹胶板质量，缩短热压周期，降低能耗有直接影响，热压工艺的制定与竹材热力学特性参数密切相关，竹材热力学特性参数的检测和变化规律的研究对于改进竹胶板热压成型工艺，提高竹胶板质量具有重要的指导意义。论文以竹胶板生产过程为研究对象，针对竹胶板生产过程中“竹”、“胶”、“板”典型环节的测控技术及应用进行了系统深入的研究并取得了相应的成果。 (1)对竹材热力学特性参数检测技术和变化规律的研究目前国内外几乎处于空白状态，论文首次对竹材主要热力学特性参数进行了测试，并研究了其计算方法，获得了参数随温度变化规律。 采用先进的“闪光法”测定了竹材的热扩散率α，测量精度为±5％，采用“比较法”检测了竹材的比热C_p，使相对误差在±3.6％以内，并由此计算出竹材的导热系数λ。研究发现，竹材的热力学特性参数均与竹材立地的地理位置和高度关联性不大，在不同生长方向和不同高度处也没有明显的差别；在7℃～140℃的温度范围内，竹材的热扩散率α、比热C_p和导热系数λ随温度变化呈现出两头小、中间大的变化规律，在70℃附近取得最大值，α最大值是最小值的1.4倍左右，λ最大值是最小值的2倍左右。该成果对竹材热处理加工具有重要的指导意义。 (2)竹胶板表面粗糙度和平整度是表征其质量的重要参数，对于制定竹胶板质量规范具有重要意义，而它们的检测技术方面的研究成果报导极少。论文在国内率先研究了热压工艺对竹材产品表面粗糙度的影响规律，并根据竹材主要热力学特性参数随温度变化规律的研究成果合理阐明了影响规律的机理。“冷进冷出”工艺，因受热均匀能快速达到热平衡，比“热进热出”工艺生产的竹胶板具有更好的表面质量。 (3)根据竹材热力学特性参数随温度变化的规律设计理想的热压工艺，生产高质量的竹胶板，是竹胶板生产过程的重要研究内容。 论文应用热力学特性参数变化规律的研究成果，提出了“温进温出”热压新工艺。该工艺综合了“热进热出”工艺热压周期短、节省大量热能和冷却水与“冷进冷出”工艺具有表面粗糙度低、平整度高的优点，极大的提高了竹胶板的质量。 (4)无胶不成板，胶粘剂是生产竹胶板的关键原材料，胶粘剂生产是竹胶板生产过程至关重要的一环。如何精确实现胶粘剂生产全过程的自动检测与控制，生产出质量稳定，低毒的胶粘剂，已成为竹材学科和工业界关注的热点和难点问题。 论文建立了胶粘剂生产过程数学模型。胶粘剂生产过程具有纯时延、大惯性、强非线性、自发热等特性，机理建模十分困难。论文以带纯滞后的惯性环节为模型类，利用胶粘剂生产过程手动操作获得的生产数据，确定模型结构，建立胶粘剂生产过程温度控制系统的数学模型。为了简化控制器的设计，也可依据带纯滞后的一阶惯性环节的近似模型来选择控制器的参数。研究表明：除60℃-70℃剧烈自发放热区间外，利用带纯滞后的惯性环节数学模型设计的控制系统跟踪工艺设定温度曲线的精度可达到±3℃，基本上能满足制胶生产工艺的要求。 (5)目前，我国胶粘剂生产几乎都是处于手动控制状态，自动化水平非常低，使胶粘剂质量不稳定，直接影响竹胶板的质量，特别是胶粘剂生产过程中温度控制不能很好满足工艺设定的要求，胶粘剂产品中有毒成分含量超过国家标准，严重伤害人体健康，污染人类生活环境。 论文研发了基于模糊自适应PID控制策略的胶粘剂生产过程温度控制系统，解决了在自发热区间难以建立数学模型的困难。模糊自适应PID控制综合了PID控制算法结构简单、在线实现容易、稳态精度较高及模糊控制鲁棒性强、响应速度快、动态特性较好等优点。研究表明，在自发热区间该算法是较理想的温度控制算法，温度控制精度达到了±2℃。